第一章 第二节 库仑定律-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

第二节　库仑定律 [课标引领] 学业质量水平要求 合格性考试 1.知道点电荷的概念。 2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件 选择性考试 1.通过抽象概括建立点电荷这种理想化模型。 2.经历探究实验过程,得出电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的定性关系。 3.进一步了解控制变量法在实验中的作用,体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法 一、点电荷 “嫦娥五号”月球探测器发射升空过程中,由于与大气摩擦产生了大量的静电,如果这些静电没有及时导走,在研究月球上的“嫦娥五号”与地球(地球带负电)的静电力时,能否把“嫦娥五号”看成点电荷?为什么? 答案:能;因为月地之间的距离远大于带电体的线度。 1.定义:可以抽象成一个点的带电体。 2.特点 (1)本身的几何大小比它到其他带电体的距离小得多。 (2)研究它与其他带电体的相互作用时,可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况。 (3)点电荷是一种理想化的物理模型,和力学中的质点模型一样,是一种科学的抽象模型。 3.理想化模型:当研究对象受多个因素影响时,在一定条件下人们可以抓住主要因素,忽略次要因素,将研究对象抽象为理想化模型,从而使问题的处理大为简化。 二、影响静电力的因素 如图所示,一带正电的物体位于M处,用绝缘丝线系上带正电的相同的小球,分别挂在P1、P2、P3的位置,可观察到小球在不同位置时丝线偏离竖直方向的角度不同。此实验得出的结论是什么? 答案:在研究电荷之间作用力大小的决定因素时,采用控制变量的方法进行。如本实验,根据小球的偏角可以看出小球所受作用力逐渐减小,由于没有改变电性和电荷量,不能研究电荷之间作用力与电性、电荷量的关系,故得出的实验结论是:电荷之间作用力的大小与两电荷间的距离有关。 1.实验原理 (1)轻质小球的偏角大小反映静电力的大小。 (2)研究静电力与电性、距离和电荷量的关系,要采用控制变量法。 2.实验探究 (1)使小球A、B、C带同种电荷且qB=qC,使rAC>rAB,观察到球B的偏角大于球C的偏角。 结论:q一定时,r越大,F越小;r越小,F越大。 (2)使A、B两球带同种电荷,球C不带电,且保持rAB一定,让球C与球B接触后再移走球C,观察到球B的偏角变小。 结论:r一定时,q越小,F越小。 (3)总结:静电力F的大小与带电体的电荷量q及带电体间的距离r都有关。q越大,r越小,则F越大;反之,则F越小。 三、库仑定律 库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。其巧妙体现在何处? 答案:(1)库仑扭秤的特点是可以定量测量微小的电荷间作用力,其巧妙之处是将带电小球之间的相互作用力转化为了悬丝转动的角度,正是这种转化使微小的作用力便于观察。 (2)巧妙地把小球电荷量由q平分为、、、…,解决了当时无法测量电荷量的难题。 1.库仑定律 (1)内容:在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,其大小与它们的电量q1、q2的乘积成正比,与它们之间距离r的二次方成反比。作用力的方向在它们的连线上。 (2)公式:F=k。其中k=9.0×109 N·m2/C2,叫静电力常量。 (3)适用条件:①真空中;②静止点电荷。 2.库仑扭秤实验 (1)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后电荷量平分的方法,发现F与q1和q2的乘积成正比。 1.判断 (1)实验表明电荷之间的作用力一定和电荷间的距离成反比。(　×　) (2)相互作用的两个点电荷,不论它们的电荷量是否相等,它们之间的库仑力大小一定相等。(　√　) (3)点电荷是一个带有电荷的点,它是实际带电体的抽象,是一种理想化模型。(　√　) 2.有人根据库仑定律的表达式F=k得到,当两电荷之间的距离r→0时,两电荷之间的库仑力 F→+∞,这样对吗? 答案:不对;库仑定律的适用条件是真空中静止的点电荷,当r→0时,两个电荷已经不能再看成点电荷,也就不能运用库仑定律计算电荷之间的相互作用力。 3.用干燥的纤维布分别与两张薄塑料片摩擦一下,然后将两张塑料片靠近,发现它们相互排斥(如图)。通过此现象说明摩擦后的透明塑料片之间的相互作用力不是万有引力,试叙述你的理由。 答案:(1)透明塑料片互相排斥,而万有引力使物体相互吸引,显然这种排斥力不是万有引力。 (2)像透明塑料片这样质量小的物体之间存在的万有引力很小,我们一般无法观察到明显的受力情况。而摩擦后的塑料片之间的相互作用力可以明显观察到,显然不是万有引力。 (3)这种力的存在和大小取决于透明塑料片是否受到摩擦,万有引力与是否摩擦无关,因此这种力不是万有引力。 探究点一　对点电荷的理解 一个半径为1 cm的带电圆盘,如果考虑它和1 m远处某个电子的作用力,能否将圆盘看作点电荷?如果这个电子离圆盘只有1 mm,还能否