1.2 库仑定律（Word教师用书）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（教科版2019）

第2节　库仑定律 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道点电荷的概念，了解理想化模型，体会理想模型在科学研究中的作用． 2．知道库仑定律的内容及其公式，理解库仑定律描述的客观规律和适用条件． 3．了解库仑扭秤实验，知道静电力常量． 4．通过对比静电力和万有引力，体会自然规律的多样性和统一性． 1．物理观念：点电荷、库仑定律、静电力常量． 2．科学思维：静电力的计算和应用． 3．科学探究：库仑实验． [对应学生用书P5] 1．点电荷 (1)带电体本身的大小比它到其他带电体的距离小很多． (2)带电体的形状、大小及电荷在其上的分布状况均可忽略，可将它看作一个带电的点，这样的电荷称为点电荷． 2．实验装置 3．探究结果：带电体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． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)只有体积很小或电荷量很小的带电体才可以看作点电荷.(×) (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．(√) 1．库仑定律：真空中两个静止的点电荷之间的作用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：公式中的k叫作静电力常量，在国际单位制中，k＝9.0×109_N·m2/C2． 4．静电力的叠加：两个或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． [思考] 有人根据库仑定律的表达式F＝k推理出：当两电荷的距离r→0时，两电荷之间的静电力F→∞.这种推理正确吗？ 提示　不正确．因为r→0时带电体已不能看作点电荷，库仑定律不成立． [对应学生用书P6] 探究点一　对库仑定律的理解 实验：如图所示，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P1、P2、P3等位置．利用此装置探究影响点电荷间相互作用力的因素． (1)在本实验中，点电荷间相互作用力的大小与悬线偏离竖直方向的夹角大小有什么关系？ 提示　悬线偏离竖直方向的夹角越大，说明二者的相互作用力越大；反之则越小． (2)在电荷量不变的情况下，探究点电荷间作用力与电荷间距离的关系时，应该怎样操作？实验结论是什么？ 提示　把一个带正电的球O放在实验台上，用丝线悬挂一个带正电的小球B于铁架台上．移动球O，观察悬线偏离竖直方向的夹角随O、B间距离的变化而变化的情况． 实验结论：两个点电荷之间的作用力随它们之间距离的增大而减小，随它们之间距离的减小而增大． (3)在电荷间距离不变的情况下，探究电荷间作用力与电荷量的关系时，应该怎样操作？实验结论是什么？ 提示　保持点电荷间的距离不变，分别用带不同电荷量的小球O做实验，观察小球B的悬线偏离竖直方向的角度随球O电荷量的变化而变化的情况． 实验结论：两电荷间的作用力随电荷量的增大而增大，随电荷量的减小而减小． 1．对库仑定律的理解 (1)真空中两个点电荷之间的静电力是一对相互作用力，遵守牛顿第三定律． (2)k：静电力常量．k＝9.0×109N·m2/C2，其大小是由实验测定的，其单位是由公式中的F、Q、r的单位确定的，使用库仑定律计算时，F、Q、r的单位必须分别是N、C、m. (3)在应用公式F＝k计算静电力时，若已知Q1和Q2所带电荷的正负，一般只将Q1、Q2的绝对值代入公式，算出F的大小，其方向则可由“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”来判定． 2．对点电荷的理解 (1)带电体能看作点电荷的条件：带电体之间的距离远大于带电体的大小，与单个带电体的大小无直接关系． (2)点电荷是一种理想化模型，类似于力学中的质点，带电体的尺寸不一定很小，视具体情况而定，同一个带电体有时可以看成点电荷，有时则不能看成点电荷． 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，将它们放在真空中相距10 cm的地方，甲、乙两球的半径远小于10 cm.(结果保留三位有效数字) (1)试求两球之间的静电力，并说明它是引力还是斥力． (2)将两个导体球相互接触一会儿，再放回原处，能求出两球之间的作用力吗？它是斥力还是引力？ (3)如果两个导体球完全相同，相互接触后放回原处，那么两球之间的作用力如何？ 解析　(1)因为两球的半径远小于10 cm，所以两球可以看作点电荷．由库仑定律可得两球之间的静电力大小为F＝k＝9.0×109× 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)将两个导体球相互接触，正、负电荷先中和，中和后剩余的电荷量为(4.8－3.2)×10－16 C＝1．6×10－16 C，这些正电荷将重新在两导体球间分配．由于题中并没有说明两个导体球是否完全一样，因此我们无