第1章 2 库仑定律-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(教科版)

2　库仑定律 [学习目标]　1.[科学探究]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.[物理观念]知道点电荷是个理想模型，知道带电体简化为点电荷的条件．　3.[科学思维]理解库仑定律的文字表述及其公式表述，会用库仑定律进行有关计算．　4.[科学探究]了解库仑扭秤实验． 一、探究影响点电荷之间相互作用的因素 1．点电荷 (1)定义：在研究带电体与其他带电体的相互作用时，该带电体的形状及电荷在其上的分布状况均无关紧要，该带电体可以看作一个带电的点，即为点电荷． (2)点电荷是一个理想化的物理模型． (3)带电体看成点电荷的条件 如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响很小，就可以忽略形状、大小等次要因素，带电体就能看成点电荷． 2．实验探究 实验 原理 如图所示，F＝mgtan_θ，θ变大，F变大；θ变小，F变小 实验方法(控制 变量法) 保持电荷量不变，探究电荷间作用力与距离的关系 保持两带电小球间的距离不变，探究电荷间作用力与电荷量的关系 实验 操作 改变悬点位置，从而改变小球间距r，观察夹角θ变化情况 改变小球带电荷量q，观察夹角θ变化情况 实验 现象 r变大，θ变小 r变小，θ变大 q变大，θ变大 q变小，θ变小 实验 结论 电荷之间的相互作用力随电荷量的增大而增大，随它们之间距离的增大而减小 二、库仑定律 1．内容 真空中两个静止点电荷之间的作用力(斥力或引力)与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线． 2．公式：F＝k. 3．静电力常量：k＝9.0×109 N·m2/C2. 4．适用条件：真空中的点电荷，对空气中的点电荷近似适用． 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷. (×) (2)当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷． (√) (3)小球所带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越大. (×) (4)根据F＝k，当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大． (×) (5)若点电荷Q1的电荷量大于Q2的电荷量，则Q1对Q2的静电力大于Q2对Q1的静电力． (×) 2．(多选)下列说法中正确的是(　　) A．点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是不存在的 B．点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体 C．根据F＝k可知，当r→0时，F→∞ D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计 AD　[点电荷是一个理想化模型，实际并不存在，一个带电体能否看作点电荷与物体本身大小、电荷量多少无关，要看物体本身的大小与物体相互之间的距离相比能否忽略，故A、D正确，B错误；当r→0时，带电体不能看作点电荷，公式F＝k不再成立，故C错误．] 3．(多选)已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克两种夸克组成的，上夸克带电荷量为e，下夸克带电荷量为－e，e为元电荷．如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为L＝1.5×10－15 m，则质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)约为(　　) A．斥力46 N　　　 B．引力23 N C．引力46 N D．斥力23 N AB　[质子带电荷量为＋e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的；按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为： F上上＝k＝k 代入数据得F上上≈46 N，为斥力，上夸克与下夸克之间的静电力为F上下＝k＝k 代入数据得F上下≈23 N，为引力．] 　库仑定律的理解及应用 1．适用条件 库仑定律成立的条件是真空中两个点电荷间的相互作用力．但空气中两点电荷间的相互作用力也可以近似用库仑定律计算． 2．库仑力的合成 空间中有多个电荷时，某电荷所受的静电力是其他所有电荷单独对其作用的库仑力的矢量和(力的合成)． 3．库仑力的性质 两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律，即两带电体间的库仑力是一对作用力与反作用力．不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力比电荷量小的电荷对电荷量大的电荷作用力大． 4．库仑力的计算 用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷Q1、Q2的带电性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入即可；力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以判别． 【例1】　如图所示，两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上，两球面最近距离为r，带等量异种电荷，电荷量为Q，关于两球之间的静电力，下列选项中正确的是(　　) A．等于k　　　 B．大于k C．小于k