库仑定律导学案
1.2.1 库仑定律 导学案
高二物理 编写人:赵文舒 审核人:耿长群 时间:8月 学习目标
1、通过演示实验,定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系。
2、明确点电荷是个理想模型,知道带电体简化为点电荷的条件,感悟科学研究中建立理想模型的重要意义。
3、知道库仑定律的文字表述及其公式。通过静电力与万有引力的对比,体会自然规律的多样性和统一性。
4、了解库仑扭秤实验。
知识梳理
1、电荷之间的作用力随着_________的增大而增大,随着_________的增大而减小。
2、质点:______________________________________________________________; 点电荷:_____________________________________________________________。
3、______中两个_______点电荷之间的相互作用力叫做静电力或库仑力。
4、万有引力定律的表达式_______________,库仑定律的表达式_______________。
5、静电力常量k=______________,单位________________,物理意义________________ _______________________________________________。
重、难点释疑
1、点电荷
任何带电体都有形状和大小,其上的电荷也不会集中在一点上(如感应起电实验中器材)。但当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时,这样的带电体就可以看做带电的点,叫做点电荷。
注:在两带电体之间距离接近0时,由于已经失去了简化为点电荷的前提条件,因此不能根据库仑定律得到静电力无穷大的结论;而在两带电体之间的距离非常非常大时,它们之间的作用力近似等于0。
2、库仑定律 内容表述:力的大小跟两个点电荷的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比.作用力的方向在两个点电荷的连线上。
公式:
922 静电力常量k = 9.0×10N·m/C
适用条件:真空中,点电荷
注:1、实际上对空气中两个静止点电荷也可以用库仑定律计算它们的静电力。
2、两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变,所以,当一个点电荷受到多个点电荷的静电力时,可应用平行四边形法则求其合力。
3、任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的。
3、库仑扭秤实验
库仑是怎样解决物体所带的电荷量无法测量的问题呢?
库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验有什么相同和不同之处呢?
例题1、两个点电荷带有相等的电量,要求它们之间相距1m时的相互作用力等于1N,则每个电荷的电量是多少?等于电子电量的多少倍?
分析:根据库仑定律,由F、r即可计算出电量.
解:设每个电荷的电量为Q,间距r=1m,相互作用力F=1N.由库仑定律
得
这个电量与电子电量相比为
即是电子电量的6.25×10倍.
-5 小结:在宏观世界中,Q=1×10C,是一个不大的电量,但相比于微观世界中电子等粒
子的带电量,这简直是一个巨大的“电的仓库”了.可见,电子电量(或基元电荷)是一个极小的电量.
例题2、一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电量为+Q 的电荷,另一电量为+q的点电荷放在球心O上,由于对称性,点电荷所受力的为零,现在球壳上挖去半径为r(r<<R)的一个小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受力的大小为____(已知静电力恒量为k),方向____. 分析:由于球壳上均匀带电,原来每条直径两端相等的一小块面上的电荷对球心+q的
力互相平衡.现在球壳上A处挖去半径为r 的小圆孔后,其他直径两端电荷对球心+q的力仍互相平衡,剩下的就是与A相对的B处、半径也等于r 的一小块圆面上电荷对它的力F,如图所示. 13
B处这一小块圆面上的电量为:
由于半径r<<R,可以把它看成点电荷.根据库仑定律,它对中心+q的作用力
大小为
其方向由球心指向小孔中心.
巩固练习
A类
1.对于库仑定律,下列说法正确的是( )
A.凡计算两个点电荷间的相互作用力,就可以使用公式
B.两个带电小球相距非常近时,也能用库仑定律
C.相互作用的两个点电荷,不论它们的电量是否相同,所受的库仑力大小一定相等
D.两个点电荷的电量各减为原来的一半,它们之间的距离保持不变,则它们之间的库仑力减为原来的一半
B类
2.真空中甲、乙两个固定的点电荷,相互作用力为F,若甲的带电量变为原来的2倍,乙的带电量变为原来的8倍,要使它们的作用力仍为F,则它们之间的距离变为原来的( )
A、2倍 B、4倍 C、8倍 D、16倍
3.两个半径均为1cm的导体球,分别带上+Q和-3Q的电量,两球心相距90cm,相互作用力大小为F,现将它们碰一下后,放在两球心间距3cm处,则它们的相互作用力大小变为 ( )
A.3000F B.1200F C.900F D.无法确定
4.两个相同的均匀带电小球,分别带Q1=1 C,Q2=-2C,在真空中相距r且静止,相互作用的静电力为F。
(1)今将Q1、Q2、r都加倍,作用力如何变化?
(2)只改变两电荷的电性,作用力如何变化?
(3)只将r增大两倍,作用力如何变化?
(4)将两个球接触一下后,仍放回原处,作用力如何变化?
(5)接(4)题,为使两球接触后,静电力的大小不变,应如何放置两球?
C类
5.真空中有两个相同的带电金属小球A和B,相距为r,带电量分别为q和2q,它们之间相互作用力的大小为F.有一个不带电的金属球C,大小跟A、B相同,当C跟A、B小球各接触一次后拿开,再将A、B间距离变为2r,那么A、B间的作用力的大小变为:[ ]
A.3F/64 B.0 C.3F/82 D.3F/16
6.如图14-1所示,A、B、C三点在一条直线上,各点都有一个点电荷,它们所带电量相等.A、B
两处为正电荷,C处为负电荷,且BC=2AB.那么A、B、C三个点电荷所受库仑力的大小之比为________.
D类
7.两个相同的金属小球,带电量之比为1:7,相距为r,两者相互接触后再放回原处,则它们间的库仑力可能为原来的( )
A.4/7 B.3/7 C.9/7 D.16/7
8.真空中有两个点电荷,分别带电q1=5×10C,q2=-2×10C,它们相距15cm,现引入第三个点电荷,它应带电量为________,放在________位置才能使三个点电荷都处于静止状态.
9.把一电荷Q分为电量为q和(Q-q)的两部分,使它们相距一定距离,若想使它们有最大的斥力,则q和Q的关系是________.
[课后反思]
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