(讲义)第1章 第2节 库仑定律-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(鲁科版2019)

第2节　库仑定律 学习任务 1．知道静电力、点电荷的概念，知道库仑定律的内容及公式，能解释简单的静电力现象。 2．理解点电荷及库仑定律的适用条件，会用库仑定律进行相关的计算。 3．学会用控制变量法探究两个点电荷的静电力，了解库仑扭秤实验，学会与他人合作交流获取信息，能独立写出实验报告。 4．了解库仑扭秤实验，体会科学研究的一些共性与创新，能实事求是，有进行科学普及的兴趣和责任感。 知识点一　点电荷 1．定义：当带电体本身的大小比它与其他带电体之间的距离小得多，以至于其形状、大小及电荷分布等因素对它与其他带电体之间相互作用的影响可以忽略时，这样的带电体称为点电荷。 2．特点：只有电荷量、没有大小的几何点。 　“点电荷”类似“质点”，都是理想化模型。 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)点电荷就是元电荷。 (×) (2)体积很小的带电体都能看成点电荷。 (×) (3)点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是不存在的。 (√) 知识点二　两点电荷间的静电力 1．静电力：电荷间的相互作用力。 2．库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F的大小，与它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 3．表达式：F＝k，其中k为静电力常量。如果各物理量单位都采用国际单位制，则k＝9.0×109 N·m2/C2。 4．库仑定律的适用条件：真空中的静止点电荷。 5．静电力的叠加原理：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。 　①静电力的叠加遵循平行四边形定则；②计算库仑力大小时，两电荷都取所带电荷量的绝对值。 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)库仑力的大小与电荷量的正负没有关系。 (√) (2)相互作用的两点电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间的库仑力大小一定相等。 (√) 3．填空 已知真空中两点电荷Q与q的作用力为F，现使它们的带电量都增加为原来的2倍，并把它们之间的距离缩小为原来的一半，则此时它们之间的作用力为16F。 库仑扭秤实验 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r的关系，结果是力F与距离r的二次方成反比，即F∝，而改变C的电荷量，也会使A的电荷量改变，实验结果是F∝q1q2。 扭秤实验装置 问题：(1)这个实验使用了什么实验方法？ (2)最终的实验结论是什么？ 提示：(1)控制变量法、微小量放大法。 (2)实验结论F∝。 考点1　对点电荷的理解 1．点电荷是理想化模型 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．元电荷与点电荷 (1)元电荷是一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值，是电荷量的最小单位。 (2)点电荷只是不考虑带电体的大小和形状，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷的整数倍。 【典例1】　下列关于点电荷的说法，正确的是(　　) A．带电体能否看成点电荷，是看它的形状和大小对相互作用力的影响是否能忽略不计 B．点电荷一定是电量很小的电荷 C．体积很大的带电体一定不能看作点电荷 D．只有体积很小的带电体，才能作为点电荷 A　[带电体能否看作点电荷是由研究问题的性质决定的，与自身形状、大小和电量多少无具体关系。只要带电体的形状、大小对相互作用力的影响可忽略时，这个带电体就可以看作点电荷，故A正确，B、C、D错误。] 对点电荷的理解 (1)点电荷的特征：有质量、电荷量，无大小、形状。 (2)带电体能看作点电荷的条件：带电体之间的距离远大于带电体的大小。 1．我国在西昌卫星发射中心成功发射“中星2D”卫星，卫星升空过程中由于与大气摩擦产生了大量的静电，如果这些静电没有被及时导走，下列情况中升空后的“中星2D”能被视为点电荷的是(　　) A．研究“中星2D”卫星与距其1 m处的一个带电微粒之间的静电力 B．研究“中星2D”卫星与地球(带负电)之间的静电力 C．任何情况下都可视为点电荷 D．任何情况下都不可视为点电荷 B　[由带电体可看作点电荷的条件，研究“中星2D”卫星与距其1 m处的一个带电微粒之间的静电力时，“中星2D”卫星的大小不能忽略不计，不能视为点电荷，故A错误；研究“中星2D”卫星与地球(带