第一章 素养提升课一 静电力作用下的平衡与加速问题-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

素养提升课一　静电力作用下的平衡与加速问题 [学习目标]　1.会对静电力作用下的物体进行受力分析。　2.能够应用平衡条件解决库仑力作用下的平衡问题。　3.会应用牛顿运动定律结合库仑定律解决带电体的加速运动问题。 提升点一　同一直线上三个点电荷的平衡问题 如图所示，带电荷量分别为＋q和＋4q的两个点电荷A、B相距为L，问： (1)若A、B固定，在何处放置点电荷C，才能使C处于平衡状态？ (2)在(1)中的情形下，C的电荷量和电性对C的平衡有影响吗？ (3)若A、B不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？ 解析：(1)由平衡条件，对C进行受力分析，C应在AB的连线上且在A、B之间，设与A相距为r，则 k＝k 解得r＝。 (2)C电荷的电荷量大小和电性对平衡无影响。 (3)设放置的点电荷的电荷量为Q，分别对A、B受力分析，根据平衡条件， 对电荷A：k＝k 对电荷B：k＝k 联立可得r＝，Q＝q(负电荷) 即应在AB连线上且在A、B之间，距A点电荷处放置一个电荷量为q的负电荷。 答案：见解析 规律总结 　共线的三个自由电荷平衡问题的有关特点 1．三个自由电荷的平衡规律 “三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上； “两同夹异”——正、负电荷相互间隔； “两大夹小”——中间电荷的电荷量最小； “近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。 2．只要其中两个点电荷平衡，第三个点电荷一定平衡，只需根据平衡条件对其中的任意两个电荷列式即可。 针对练1．(2023·广东潮州期末)光滑绝缘水平面上有三个带电小球(均可视为点电荷)a、b、c，三球沿一条直线摆放，仅在它们之间的静电力作用下保持静止状态。若a、b之间的距离小于b、c之间的距离。则以下说法正确的是(　　) A．a对c的静电力一定是引力 B．a对b的静电力可能是斥力 C．三个小球所带电荷量的大小关系是Qc>Qa>Qb D．三个小球所带电荷量的大小关系是Qa>Qb>Qc C　[根据静电力方向来确定各自电性，从而得出“两同夹异”，所以a、c一定为同种电荷即两电荷间一定为排斥力，所以a、c和b的电性相反，即a对b的静电力一定是引力，故A、B错误；同时根据库仑定律来确定静电力的大小，并由平衡条件来确定各自电量的大小，因此在大小上一定为“两大夹小”“近小远大”，所以Qc>Qa>Qb，故C正确，D错误。] 针对练2．(2023·天津市第二南开学校月考)相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为＋4q和－q，如图所示，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是(　　) A．－q，在A左侧距A为L处 B．－2q，在A左侧距A为处 C．＋2q，在B右侧距B为处 D．＋4q，在B右侧距B为L处 D　[因为点电荷A、B带异种电荷，如第三个点电荷放在中间位置，受到电场力同向，不可能为零，所以不符。又因为点电荷A所带电量大，根据库仑力公式F＝k，可知第三个点电荷应放在靠近带电量小的一侧，设在B右侧距B为x，对第三个点电荷进行受力分析有k＝k，解得x＝L，再对点电荷B进行受力分析有k＝k，解得qx＝4q，点电荷B受到A的库仑力向左，所以第三个点电荷对点电荷B的库仑力向右，所以带正电，故D正确。] 提升点二　库仑力作用下带电体的平衡问题 如图所示，A、B是两个带等量同种电荷的小球，A固定在竖直固定的10 cm长的绝缘支杆上，B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高，若B的质量为30 g，则B带电荷量是多少？(取g＝10 m/s2，小球A、B视为点电荷，k＝9.0×109 N·m2/C2) 解析：因为B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高，设A、B之间的水平距离为L，依据题意可得 tan 30°＝ 则L＝＝10 cm 对B进行受力分析如图所示，依据共点力平衡条件，可得静电力 F＝mgtan 30°＝30× 10－3×10× N＝0.3 N A、B带等量同种电荷，设电荷量为q， 依据F＝k，有F＝k 解得q＝ ＝ C ＝1.0×10－6 C。 答案：1.0×10－6 C 学生用书第13页 规律总结 分析静电力作用下平衡问题的步骤 1．确定研究对象：如果有几个物体相互作用时，要依据题意，用“整体法”或“隔离法”选取合适的研究对象。 2．对研究对象进行受力分析，此时多了静电力(F＝k)。 3．根据F合＝0列方程，若采用正交分解，则有Fx＝0，Fy＝0。 4．解方程求出未知量。 针对练1．如图所示，质量为m的带电小球N用绝缘丝线悬挂于P点，另一带正电小球M固定在带电小球N的左侧，小球N平衡时，绝缘丝线与竖直方向的夹角为θ，且两球球心在同一水平线上。关于小球N的电性和所受库仑力的大小，下列判断正确的是(重力加速度为g)(　　) A．正电，