9.2库仑定律 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版物理必修三 第九章 静电场及其应用 第二节 库仑定律(2) 复习回顾 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，与它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 适用于真空中静止的点电荷 K为静电力常量: K=9.0×109N·m2/C2 库仑力的叠加原理：对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的库仑力，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．库仑力的合成和分解仍满足力的平行四边形定则． 点电荷：当带电体间距离远大于电荷自身大小时，带电物体的形状、大小、电荷分布情况对带电体之间的作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体叫做点电荷． 一、库仑定律适用条件 库仑定律适用于真空中的点电荷间作用力，当带电体不符合看成点电荷条件时，是不能用库仑定律来计算的． 1.两个半径为R的带电金属球所带电荷量分别为q1、q2，当两球的球心相距3R时，两球间的静电力大小为(　　) 解析:本题中两球间距离并未远大于两球的大小， D + + + + + r1>3R + + + + + a - - - - - r1 3R > + + + + + b 两球不符合看成点电荷条件．如果两球带同种电荷，则电荷间是排斥力，电荷主要分布在两球外侧，如图(a)．此时电荷间距离大于3R.故库仑力F<k(q1q2)/(3R)2.如果两球带异种电荷，则电荷间是吸引力，电荷主要分布在两球内侧如图(b)．此时电荷间距离小于3R，故库仑力F>k(q1q2)/(3R)2.但电荷间“等效距离”应该介于5R与R之间，所以不论哪种情况下物体间库仑力大小都应该:k(q1q2)/(5R)2<F<k(q1q2)/R2，故D项对． 本题考查了库仑力与万有引力的区别．在库仑力作用下，带电导体上的电荷分布会发生变化，而电荷分布的变化又会影响带电体间的库仑力大小，最终电荷分布达到稳定时是一个动态平衡的结果． 2.如图，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支架座上，两球心间的距离l是球半径的三倍，若使它们带上等量异种电荷，电荷量为Q，则两球间的库仑力与万有引力表达式正确的是(　　) A．F引＝Gm2/l2，F库＝kQ2/l2 B．F引≠Gm2/l2，F库≠kQ2/l2 C．F引≠Gm2/l2，F库＝kQ2/l2 D．F引＝Gm2/l2，F库≠kQ2/l2 解析:异种电荷间相吸引．在电荷间引力作用下，球壳内侧电荷分布比较密集，且由于球壳间距不是远大于球壳大小，球壳不能看做点电荷．所以库仑力不等于kQ2/l2.而两球壳质量分布均匀，两球壳可以看成质量集中于球心的质点．可以应用万有引力定律，F引＝Gm2/l2，故D项正确． D 二、带电体的力电综合问题的分析思路 (1)根据题意确定研究对象——带电体，如果有多个物体相互作用时，适当的选取“整体法”或“隔离法”来处理． (2)分析受力，根据带电体的性质、库仑定律，判断研究对象所受的电场力的大小和方向． (3)列平衡关系式或牛顿第二定律关系式求解． 质库仑定律给出了两个点电荷作用力的大小及方向，库仑力毕竟也是一种力，同样遵循力的合成与分解法则，遵循共点力平衡条件、牛顿定律等力学基本规律．因此，处理库仑力问题实质就是力学规律方法的合理迁移． 3.水平面上A，B，C三点固定着三个电荷量为Q的正点电荷，将另一质量为m的带正电的小球(可视为点电荷)放置在O点，OABC恰构成一棱长为L的正四面体，如图所示．已知静电力常量为k，重力加速度为g，为使小球能静止在O点， 小球所带的电荷量为(　　) 解析:对小球进行受力分析，受到重力和A、B、C处正点电荷施加的库仑力作用．三个库仑力是对称的，设A、B、C处正点电荷施加的库仑力方向与竖直方向的夹角为θ，竖直方向上根据平衡条件得3Fcosθ＝mg，其中F＝kQq/L2，根据几何关系得cosθ＝ ，联立解得 ，C选项正确． C C B A 0 4.质量为m1、m2的小球分别带同种电荷q1和q2，它们用等长的细线吊在同一点O，由于静电斥力的作用，使m1球靠在竖直光滑墙上，m1球的拉线L1呈竖直方向，使m2球的拉线L2与竖直方向成θ角，m1、m2均处于静止，如图所示．由于某种原因，m2球的带电量q2逐渐减少，于是两球拉线之间夹角θ也逐渐减小直到零．在θ角逐渐减小的过程中，关于L1、L2中的张力FT1、FT2的变化是(　　) A．FT1不变，FT2不变　　　　　 B．FT1不变，FT2变小 C．FT1变小，FT2变小 D．FT1变小，FT2不变 D 根据相似三角形可知，m2g/FT2＝OA/OB，其中OA、OB长度不变，m2g恒定不变，故FT2不变，对A、B整体研究，竖直方向有FT1＝(m