第2课 库仑定律-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版选修3-1）

第2课 库仑定律 学习目标 1.了解探究电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的关系的实验过程. 2.知道点电荷的概念. 3.理解库仑定律的内容、公式及适用条件，会用库仑定律进行有关的计算. 4.了解库仑扭秤实验． 核心提炼 1个方法——探究实验中的控制变量法 1个定律——库仑定律 1个模型——点电荷理想模型 1个常量——静电力常量 知识点01探究影响电荷间相互作用力的因素 1．O是一个带正电的物体．把系在丝线上的带正电的小球先后挂在图1中P1、P2、P3等位置． 图1 (1)小球带电荷量一定时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越小． (2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越大． 2．实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小． 知识点02 库仑定律 1．点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、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，带电体可以看做点电荷． 2．库仑定律 (1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上． (2)公式：F＝keq \f(q1q2,r2)，其中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫做静电力常量． (3)适用条件：①在真空中；②静止点电荷． 3．库仑的实验 (1)库仑扭秤实验是通过悬丝扭转角度比较静电力F大小的．实验结果发现静电力F与距离r的二次方成反比． (2)库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个完全相同的金属小球接触，电荷量平分的方法，发现F与q1和q2的乘积成正比． 【知识拓展】 一、库仑定律的理解与应用 1．点电荷 (1)点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在． (2)带电体能否看成点电荷视具体问题而定．如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷． 2．库仑定律 (1)库仑定律只适用于真空中静止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)当r→0时，电荷不能再看成点电荷，库仑定律不再适用． (3)两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律．不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大． (4)两个规则的带电球体相距比较近时，电荷的分布会发生改变，库仑定律不再适用． 　(2019·南平市检测)关于库仑定律，下列说法正确的是(　　) 例1 A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体 B．根据F＝keq \f(q1q2,r2)，当两个带电体间的距离r→0时，库仑力F→∞ C．所带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍 D．库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷 答案　D 解析　如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布可以忽略不计，即可将它看成是一个几何点，则这样的带电体就是点电荷，故A错误；两个带电体间的距离趋近于零时，带电体已经不能再看成点电荷了，F＝keq \f(q1q2,r2)已经不能适用，故B错误；根据两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律，可知B受到的静电力和A受到的静电力大小相等，故C错误；库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷，故D正确． 　甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16 C的正电荷，乙球带有3.2×10－16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10 cm.(结果保留三位有效数字) 例2 (1)试求两个导体球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？ (2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？ (3)若甲、乙为两个体积不同的导体球，相互接触后再放回原处，还能求出两导体球之间的作用力吗？ 答案　(1)1.38×10－19 N　引力　(2)5.76×10－21 N　斥力　(3)不能 解析　(1)因为两球的半径都远小于10 cm，因此可以作为两个点电荷考虑．由库仑定律有F＝keq \f(|q1q2|,r2)＝9.0×109×eq \f(4.8×10－16×3.2×10－16,0.12) N≈1.38×10－19 N．两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力． (2)如果两个导体球完全相同，则接触后电荷量先中和后平分，每个小球的带电荷量为q1′＝q2′＝eq \f(4.8×10－16－3.2×10－16,2) C＝8×10－17 C，因此可知，两个导体球接触后均带正电，则两个导体球之间的斥力为F1＝eq \f(kq1′q2′,r2)＝5.76×10－21 N. (3)由于两球体积不同，分开后分配电荷的电荷量将不相等，因而无法知道电荷量的