9.2库仑定律-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（人教版2019必修第三册）

第九章 静电场及其应用 第2节 库仑定律 课程标准 学习目标 知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。 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. 理解静电力的概念，会用库仑定律进行有关计算 3．经历探究影响库仑力大小因素的实验过程，学会设计实验、观察现象、分析结果、归纳总结的科学探究方法。体会控制变量法在库仑扭称实验中的应用。 （一）课前阅读： 1.点电荷 两个实际的带电体间的相互作用力与它们自身的大小、形状以及电荷分布都有关系。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。点电荷类似于力学中的质点，也是一种理想化模型。 2. 类比法在库仑定律建立过程的应用 类比在库仑定律的建立过程中发挥了重要作用类比会引起人们的联想,产生创新。但是类比不是严格的推理，不一定正确，由类比而提出的猜想是否正确需要实践的检验。 （二）基础梳理 一、点电荷、探究电荷间的作用力 1．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． 2.探究电荷间的作用力与哪些因素有关 实验探究：利用如图所示的装置探究影响电荷之间相互作用力的因素． 实验结论：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小． 【微点拨】带电体什么条件下可以看成点电荷 带电体能否看成点电荷视具体问题而定．如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状、及带电分布就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷。 【即学即练】 关于元电荷和点电荷的说法正确的是(　　) A．元电荷就是点电荷 B．质子就是元电荷 C．点电荷一定是电荷量很小的电荷 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 答案　D 解析　元电荷是最小的电荷量，而点电荷是一种理想化的物理模型，二者不是同一物理概念，故A错误；元电荷是最小的电荷量，不是质子，故B错误；点电荷是将带电物体简化为一个带电的点，带电体能不能看作点电荷，不是看带电体的体积大小和电荷量大小，而是看带电体的大小相对于带电体间的距离能不能忽略不计，即两个带电体的大小和形状对它们之间相互作用力的影响能不能忽略不计，所以即使体积很大的带电体也可能看作点电荷，即使是电荷量很小的电荷也不一定能看作点电荷，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，故C错误，D正确． 二、库仑定律的理解和应用 1.库仑的实验 ①．库仑扭秤实验是通过悬丝扭转的角度比较静电力F大小的．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，一个带电，一个不带电，互相接触后，电荷量平分的方法，发现F与q1和q2的乘积成正比． 2.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．这个规律叫作库仑定律．这种电荷之间的相互作用力叫作静电力或库仑力． ②公式：F＝k，其中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫作静电力常量． ③适用条件：a.在真空中；b.静止点电荷． 3.静电力计算 ①．微观带电粒子间的万有引力远小于库仑力．在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略． ②．两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． 【拓展补充】库仑扭称实验 库仑做实验用的装置叫作库仑扭秤。如图所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个小球A，另一端通过物体B使绝缘棒平衡，悬丝处于自然状态。把另一个带电的金属小球C插入容器并使它接触A，从而使A与C带同种电荷。将C和A分开，再使C靠近A，A和C之间的作用力使A远离。扭转悬丝，使A回到初始位置并静止，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。改变A和C之间的距离r，记录每次悬丝扭转的角度，就可以找到力F与距离”的关系，结果是力F与距离”的二次方成反比。 一、对点电荷的理解 1．点电荷是只有电荷量，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．带电体能否看成点电荷视具体问题而定．如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷． 【典例精析】 例1．下列关于点电荷的说法正确的是(　　) A．任何带电球体，都可看成电荷全部集中于球心的点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C．当两个带电体的大小