(教用word)第9章　2　库仑定律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册(人教版)

2　库仑定律 核心素养目标 物理观念 科学思维 科学探究 1．理解点电荷模型 2．理解库仑定律及其适用条件，知道电荷之间的作用力与哪些因素有关 理解电荷之间的作用力的独立性和力的矢量叠加 通过库仑扭秤实验探究库仑力的特点 一、电荷之间的作用力 1．静电力 电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力。 2．库仑定律 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。 3．点电荷 当带电体之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，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。 二、库仑的实验 1．库仑定律的表达式：F＝k，式中的k是比例系数，叫作静电力常量，k＝9.0×109 N·m2/C2。 2．当两个点电荷带同种电荷时，它们之间的作用力为斥力；反之，带异种电荷时，它们之间的作用力为引力。 三、静电力计算 1．微观粒子间的万有引力远小于库仑力。 2．两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 3．带电体间的静电力在合成和分解时遵循平行四边形定则。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)点电荷是理想模型，实际中真正的点电荷是不存在的。 (　√　) (2)很小的带电体就是点电荷。 (　×　) (3)静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，由库仑利用库仑扭秤实验测得。 (　√　) (4)库仑定律表达式为F＝k，此式仅适用于真空中的点电荷。 (　√　) 2．真空中保持一定距离的两个点电荷，若其中一个点电荷的电荷量增加了，但仍然保持它们之间的相互作用力不变，则另一个点电荷的电荷量一定减少了(　　) A． B． C． D． C　解析：由F＝k知，q1q2＝q1·(1－x)q2，解得x＝，C正确。 　　 　　对库仑定律的理解和应用 如图，O是一带正电的物体，系在丝线上的带正电的小球B可先后挂在P1、P2、P3等位置。利用此装置可探究影响电荷间相互作用力的因素。 (1)在电荷量不变的情况下，探究电荷间相互作用力与电荷间距离的关系时，怎样操作？实验结论是什么？ 提示：把带正电的物体O放在实验台上，用丝线悬挂带正电的小球B于铁架台上。把小球B先后挂在P1、P2、P3等位置，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：在电荷量不变的情况下，两电荷之间的作用力随它们之间距离的增大而减小，随距离的减小而增大。 (2)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，怎样操作？实验结论是什么？ 提示：保持带正电的小球B的悬挂位置不变，分别用带正电但电荷量不同的物体O做实验，观察小球B的悬线偏离竖直方向的夹角随电荷量的变化而变化的情况。 实验结论：在电荷间距离不变的情况下，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．对点电荷的理解 (1)点电荷是物理模型，即只有电荷量，没有大小、形状的理想化的模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。 (2)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，以致带电体的形状和大小及电荷分布状况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，只保留对问题有关键作用的电荷量，带电体就能看成点电荷。 2．对库仑定律的理解 (1)库仑定律仅适用于真空中的两个点电荷相互作用的理想情况。有人根据F＝k推出当r→0时F→∞，从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上看这个结论是错误的，因为当r→0时，两带电体已不能看作点电荷，库仑定律及其公式也就不再适用了。 (2)库仑定律除了计算库仑力的大小外，还可以判断库仑力的方向。 (3)只有采用国际制单位，k的数值才是9.0×109 N·m2/C2。 (4)如果一个点电荷同时受到两个或更多的点电荷的作用，可以根据力的合成法则求合力。 如图所示，两个完全相同的金属球a与b，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l，为球半径的3倍，若使它们带上等量异种电荷，电荷量均为Q，a、b两球之间的库仑力为F1；将两球换为绝缘球，所带电荷量均为Q，且电荷均匀分布在球面上，此时a、b两球之间的库仑力为F2，则(　　) A．F1＝k，F2＝k B．F1≠k，F2≠k C．F1≠k，F2＝k D．F1＝k，F2≠k C　解析：库仑定律的适用条件为点电荷或均匀带电球(或球壳)。若两球为绝缘球，电荷均匀分布在球面上，则可以直接用库仑定律求出库仑力，因此F2＝k；若为金属球，由于两球间距离较近，球上的异种电荷间存在相互吸引力，电荷并不是均匀分布的，相互靠近的一侧电荷分布较密集，此时不能将两带电球看作点电荷，所以不能用库仑定律求解，选项C正确。 1．如图所示，半径均为r