提分宝典02 库仑定律-2022-2023学年寒假高二物理（揭秘物理本质）

提分宝典02 库仑定律 一、划重点 1.库仑定律 （1）相距一定距离的两个均匀带电球体间以及一个均匀带电球体与球外一点电荷之间的相互作用，也可用库仑定律计算，对于前者，式中r是两个均匀球体球心间的距离，对于后者，式中r是均匀带电球体球心与球外点电荷之间的距离； （2）当一个点电荷受到多个点电荷的作用时，可以进行力的合成、分解并进行矢量运算； （3）当两个带电球体相距比较近时，不能被看作点电荷，此时两带电球体之间的作用距离不等于球心间距离，即电荷的分布会发生改变。若带同种电荷，如图a，由于排斥，作用距离r1大于两球心间距离，此时F<k；若带异种电荷，如图b，由于吸引，作用距离r2小于两球心间距离，此时F>k。 2.库仑定律扭秤实验用到的思想方法 （1）微小量放大思想：较小的力通过较长的力臂，产生较大的转动，放大作用效果； （2）电荷均分原理。（当时并不知道如何测量电荷量，库仑采用两个相同带电金属小球接触后电荷相等来解决这个问题） 二、求真相 1.库仑定律与万有定律 （1）万有引力定律在物体距离很近的时候也可以使用，即使两物体紧挨在一起也能使用，只是此时两物体间的距离并不为零而是两质心间的距离。库仑定律则不能类推，因为电荷的位置会变，两质心间的距离未必就是两物体电荷“中心”间的距离。 （2）在微观带电粒子（电子、质子、原子核和离子等）的相互作用中，库仑力远远大于万有引力，这也常常不分析万有引力的原因。 2.等效法处理非点电荷间的库仑力 在中，当r较小时，两个带电体不能被视为点电荷，可根据对称法、割补法、微元法、等效法等，把非点电荷变成点电荷来处理。 如图所示，绝缘支架静置于水平桌面上，顶端固定一电荷量为Q的带正电金属小球(看成点电荷)，支架与金属小球的总质量为M。一电荷量分布均匀、半径为R的金属圆环恰能水平静止于小球正上方，圆心O离小球的距离为h。已知圆环质量为m，重力加速度为g。 将圆环分割成无数电荷量为Δq的点电荷，根据库仑定律以及几何关系可知Δq与Q之间的静电力在竖直方向上的分量大小为ΔF＝k·，根据对称性可知，圆环上所有Δq与Q之间的静电力在水平方向分量的矢量和为零，所以有mg＝k·，解得圆环所带电荷量为q＝ 三、实践应用 1．图示的仪器叫做库仑扭秤，是法国科学家库仑精心设计的，他用此装置找到了电荷间相互作用的规律，总结出库仑定律。下列说法中正确的是（　　） A．装置中A、C为带电金属球，B为不带电的平衡小球 B．实验过程中一定要使A、B球带等量同种电荷 C．实验过程中一定要使A、C球带等量异种电荷 D．库仑通过该实验测量出电荷间相互作用力的大小 2．万有引力定律与库仑定律是物理学的两个非常重要定律，关于这两个定律，下列说法正确的是（   ） A．牛顿发现了万有引力定律，并精确地测出了引力常量 B．库仑发现了库仑定律，并精确地测出了元电荷的数值 C．天体与天体之间的相互作用力主要是万有引力，一般不需要考虑库仑力 D．原子核与核外电子之间的相互作用既要考虑库仑力，也要考虑万有引力 3．如图所示带正电的金属圆环竖直放置,其中心处有一电子,若电子某一时刻以初速度v0从圆环中心处水平向右运动,则此后电子将( ) A．做匀速直线运动 B．做匀减速直线运动 C．以圆心为平衡位置振动 D．以上选项均不对 4．如图所示，两个带电荷量为q的点电荷分别位于带电的半径相同的球壳和球壳的球心，这两个球壳上电荷均匀分布且电荷面密度相同，若甲图中带电球壳对点电荷q的库仑力的大小为F，则乙图中带电的球壳对点电荷q的库仑力的大小为 A． B． C． D．F 5．如图为库仑扭秤实验的示意图，其中A、C为带电的导体小球，B为平衡小球，顶端罗盘指针可以测出悬丝扭转的角度，已知与A、C间的库仑力的大小成正比。某次实验中，让A，C两球带同种电荷，当它们之间的距离为r时，测出悬丝扭转的角度为；若用一与C完全相同的不带电的小球D与C接触一下，稳定后，A，C间的距离为时，悬丝扭转的角度为，带电小球可视为点电荷，则（　　） A． B． C． D． 6．如图所示，A、B、C是光滑绝缘水平桌面上位于同一圆周且等间距的三点，现在这三点分别放置完全相同的带电量为-q的金属小球，同时在圆心O处放置一个带电量为+Q的小球，已知所有小球均可看作点电荷且均处于静止状态，则Q与q的比值为（　　） A． B． C． D．3 7．某同学发现库仑定律和万有引力定律有许多可比之处，他对此做了一番比较，得到如下结论，你认为正确的是(　　) ①静电力和万有引力都不是通过直接接触而引起的　②库仑定律和万有引力定律分别只适用于点电荷之间和质点之间的相互作用　③带电体都有质量，因此他们之间除了静电力外，还存在万有引力　④氢原子中的电子和原子核之间主要是靠静电力发生相互作用 A．①② B．③④ C．①②