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

2．库仑定律 学习任务 1．知道点电荷的概念，知道库仑定律的内容、公式及适用条件，理解实际带电体看作点电荷的条件。 2．掌握库仑定律的公式及适用条件，能应用库仑定律进行有关的计算。 3．会用控制变量法探究两个带正电荷小球的作用实验，了解用库仑扭秤测量静电力常量的实验。 4．有学习和研究库仑定律的内在动机，体验科学的严密性，坚持实事求是，在探究中培养学习科学的兴趣。 一、探究影响点电荷之间相互作用力的因素 1．点电荷：当一个带电体本身的大小比它到其他带电体的距离小很多，以至在研究它与其他带电体的相互作用时，该带电体的形状、大小以及电荷在其上的分布状况均可忽略，可将它看作一个带电的点，这样的电荷称为点电荷。 2．实验探究 (1)带电小球B由于受到带电小球A对其的作用力而使丝线偏离竖直方向θ角。 (2)在电荷量不变的情况下，小球A、B越近，角度θ越大，小球A、B越远，角度θ越小。 (3)保持A、B之间的距离不变，改变球A的电荷量，A的电荷量越大，角度θ越大，电荷量越小，角度θ越小。 (4)实验探究结果表明：带电体之间的相互作用力随电荷量的增大而增大，随它们之间距离的增大而减小。 说明：若A、B两球带异种电荷，实验结论相同，只是B球向左偏。 二、库仑定律 1．内容：真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。 2．表达式：F＝k。 3．适用条件：真空中两个静止的点电荷。 4．k为静电力常量，k＝9.0×109 N·m2/C2。 5．静电力：电荷之间的这种作用力叫作静电力或库仑力。 注意：在运用库仑定律时，要注意都使用国际单位制单位即F用牛顿(N)，r用米(m)，Q用库仑(C)。 三、库仑定律的初步应用 1．两个点电荷间的作用力不会因第三个点电荷的存在而有所改变。 2．两个或者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。 注意：在进行计算时，要满足为点电荷的条件，如不是点电荷要把带电体分得足够小，每一部分都可以看成点电荷。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)实验表明电荷之间的作用力一定和电荷间的距离成反比。 (×) (2)实验表明两个带电体的距离越大，作用力就越小。 (√) (3)点电荷是一个带有电荷的点，它是实际带电体的抽象，是一种理想化模型。 (√) (4)球形带电体一定可以看成点电荷。 (×) 2．在“研究电荷间作用力大小影响因素”的实验中，将带电轻质小球B挂在铁架台上，小球B静止时丝线与竖直方向的夹角如图所示。现增大小球B的电荷量后仍挂在原处，丝线与竖直方向的夹角将(　　) A．增大　　　　　　 B．减小 C．不变 D．先减小再增大 A　[当增大小球B的电荷量时，电荷间的相互作用力增大，对B受力分析如图所示，由平衡条件可知：tan θ＝，由于F增大，因此θ增大。] 3．真空中两个点电荷相距为r时，它们间的静电力大小为F；如果保持它们的电荷量不变，而将距离增大为2r，则静电力大小将变为(　　) A．2F　　　　B．F　　　　C．　　　　D． C　[由库仑定律得：F＝k，当距离变为原来的2倍，F′＝k，所以F′＝，选项C正确。] 原子结构模型示意图如图所示。该模型中，电子绕原子核做匀速圆周运动，就像地球的卫星一样。观察图片，思考：电子做匀速圆周运动所需的向心力是由原子核对电子的万有引力提供的吗？ 提示：不是，是由原子核对电子的库仑力提供。 考点1　对点电荷的理解 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。 3．注意区分点电荷与元电荷 (1)元电荷是最小的电荷量，其数值等于一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值。 (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】　(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 思路点拨：(1)看成点电荷的条件是带电体之间的距离远大于它们的大小。 (2)当两个带电金属小球距离较近时，不能看成点电荷。 AD　[无论两带电体自身大小怎样