第01章 第02节 探究静电力-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（粤教版选修3-1）

[目标定位]　1.知道点电荷的概念.2.识记库仑定律的公式和适用条件；会用库仑定律进行有关的计算． 一、点电荷 1．定义：本身的大小比它到其他带电体的距离小得多的带电体，可以抽象为一个几何点，即点电荷． 2．点电荷是理想化的物理模型，只有电荷量，没有大小、形状，类似于力学中的质点，实际并不存在．(填“存在”或“不存在”)． 例1　关于点电荷，下列说法中正确的是(　　) A．点电荷就是体积小的带电体 B．球形带电体一定可以视为点电荷 C．带电少的带电体一定可以视为点电荷 D．大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷 解析　点电荷不能理解为体积很小的带电体，也不能理解为电荷量很少的带电体．同一带电体，如要研究它与离它较近的电荷间的作用力时，就不能看成点电荷，而研究它与离它很远的电荷间的作用力时，就可以看作点电荷．带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，A、B、C错误． 答案　D 总结提升 (1)一个带电体能否看作点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状确定． (2)点电荷的电荷量可能较大也可能较小，但一定是元电荷的整数倍． 二、库仑定律 1．探究方法：用控制变量法研究点电荷间的相互作用力与电荷量、距离的关系． 2．内容：在真空中两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上． 电荷之间的这种作用力称为静电力，又叫做库仑力． 3．公式：F＝k，其中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫做静电力常量．[来源:Zxxk.Com][来源:学.科.网Z.X.X.K] 4．适用条件：(1)在真空中；(2)点电荷． 5．静电力的确定 (1)大小计算：利用库仑定律计算静电力时不必将表示电性的正、负号代入公式，只代入q1和q2的绝对值即可． (2)方向判断：利用同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引来判断． 例2　两个完全相同的金属小球A、B(均可视为点电荷)带有相等的电荷量，相隔一定距离，两小球之间相互吸引力的大小是F.现让第三个不带电的相同金属小球先后与A、B两小球接触后移开．这时，A、B两小球之间的相互作用力的大小是(　　) A. D. C. B. 解析　设A、B两球间的距离为r，因为开始时A、B两球间的作用力是吸引力，所以设A所带电荷量为Q，B所带电荷量为－Q，由库仑定律知，开始时A、B两球之间的作用力F＝kQ. .当第三个不带电的小球与A球接触时，据电荷均分原理可知，两球均带电荷量为 当第三个小球与B球接触时，两球均带电荷量为 Q. Q－Q)＝－×( 故这时A、B两球间的作用力大小F′＝kF. ＝ 答案　A 总结提升 (1)库仑定律只适用于真空中点电荷之间的相互作用，一般没有特殊说明的情况下，都可按真空来处理． (2)两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律，即不论电荷量大小如何，两点电荷间的库仑力大小总是相等的． 例3　如图1所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l为球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引与库仑力F库的表达式正确的是(　　) 图1 A．F引＝G，F库＝k B．F引≠G，F库≠k C．F引≠G，F库＝k D．F引＝G，F库≠k 解析　由于a、b两球所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布较密集，又l＝3r，不满足l≫r的要求，故不能将带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故F库≠k，故选项D正确．.虽然不满足l≫r，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看成质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律，故F引＝G 答案　D 总结提升 两个形状规则的均匀球体相距较远时可以看作点电荷；相距较近时不能看作点电荷，此时球体间的作用力会随着电荷的分布而变化． [来源:Zxxk.Com] 三、静电力的叠加 1．两个点电荷间的作用力不会(选填“会”或“不会”)因为第三个点电荷的存在而有所改变． 2．两个或者两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和． 例4　如图2所示，在A、B两点分别放置点电荷Q1＝＋2×10－14 C和Q2＝－2×10－14 C，在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2 m．如果有一个电子在C点，它所受到的库仑力的大小和方向如何？ [来源:学§科§网] 图2 解析　电子在C点同时受A、B点电荷对其的作用力FA、FB，如图所示，由库仑定律F＝k N＝8.0×10－21 N．由平行四边形定则和几何知识得：静止在C点的电子受到的库仑力F＝FA＝FB＝8.0×10－21 N，方向平行于AB向左．