9.2库仑定律-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019必修第三册）

第九章 静电场及其应用 第二节 库仑定律 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)知道点电荷模型的物理意义及建立点电荷模型的条件。 (2)理解库仑定律的内涵。 科学思维 (1)知道库仑定律的适用条件。 (2)能够应用库仑定律计算点电荷间的静电力。 (3)会利用力的合成知识解决多个电荷间的相互作用问题。 科学探究 通过库仑定律的探究过程，体会实验与类比在定律的建立过程中发挥的重要作用。 科学态度与责任 (1)体会库仑扭秤实验的设计思路与实验方法。 (2)体会物理学的和谐统一之美，提高学习物理的兴趣。 知识点一 库仑的扭秤实验 1．实验装置：库仑扭秤(如图所示)。 2．实验技巧 (1)将微小量放大——通过悬丝扭转的角度比较库仑力的大小。 (2)电荷量的确定——库仑运用把一个带电小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半的方法，把带电小球的电荷量q分为、、、…，巧妙地解决了当时小球带电荷量不能测量的问题。 3．实验方法：控制变量法、微小量放大法。 4．实验步骤 (1)保持A和C的电荷量不变，改变A和C之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与距离r之间的关系。 (2)保持A和C之间的距离不变，改变A和C的电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F与电荷量q之间的关系。 5．实验结论 (1)两小球上的电荷量不变时，力F与距离r的二次方成反比，F∝。 (2)两小球间的距离不变时，力F与电荷量q1和q2的乘积成正比，F∝q1q2。 (3)综合结论：F∝或F＝k。 知识点二　库仑定律 1.内容：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。 2.公式：F＝k，其中k＝9.0×109N·m2/C2，叫作静电力常量。 3.适用条件：真空中静止点电荷。 ①在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式。 ②当两个带电体的间距远大于本身的大小时，可以把带电体看成点电荷。 ③两个带电体间的距离r→0时，不能再视为点电荷，也不遵循库仑定律，它们之间的库仑力不能认为趋于无穷大。 4.点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以至于带电体的形状、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。 点电荷是一种理想化模型，是特殊的带电体，实际中并不存在。 5.静电力叠加原理 对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和。 知识点三　应用库仑定律解题 1．应用库仑定律的三条提醒 (1)作用力的方向：同性相斥，异性相吸，作用力的方向沿两电荷连线方向。 (2)两个点电荷间相互作用的静电力满足牛顿第三定律：大小相等、方向相反。 (3)在两带电体的间距及电荷量之和一定的条件下，静电力存在极大值：当q1＝q2时，F最大。 2．四步解决静电力作用下的平衡问题 3．三个自由点电荷的平衡条件及规律 平衡条件 每个点电荷受另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷的合电场强度为零的位置 平衡规律 易错易混点1.对点电荷的理解 易错易混点辨析：(1)点电荷是物理模型只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，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，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。带电体能否看作点电荷，不取决于带电体的大小，而取决于它们的大小、形状与距离相比能否忽略，同一带电体，在不同问题中有时可以看作点电荷，有时不可以看作点电荷。 例1.(多选)下列关于点电荷的说法正确的是(　　) A．两个带电体无论多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作点电荷 B．一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷 C．一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷 D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 解析：选AD。无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的大小时，带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷，选项A正确，C错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问题的影响不能忽略，两带电体也不能被看作点电荷，选项B错误；两个带电金属小球，若离得很近，两球所带的电荷在静电力作用下会分布不均，电荷的分布影响到静电力的大小，若带同种电荷，相互排斥，等效的点电荷间距大于球心距离；若