(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(粤教版2019)

第二节　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。 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，有进行科学普及的兴趣和责任感。 知识点一　点电荷 1．定义：可以抽象成一个点的带电体，这个带电的点称为点电荷。 2．特点：(1)本身的大小比它与其他带电体的距离小得多。 (2)只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小以及电荷分布等因素的影响可以忽略不计。 (3)点电荷是一种理想化的物理模型，和力学中的质点模型一样。 3．理想化模型：当研究对象受多个因素影响时，在一定条件下人们可以抓住主要因素，忽略次要因素，将研究对象抽象为理想化模型，从而使问题的处理大为简化。 知识点二　影响静电力的因素 1．实验原理 (1)轻质小球的偏角大小反映电场力的大小。 (2)研究电场力与距离和电荷量的关系，都采用控制变量法。 2．实验总结 电场力F的大小与带电体的电荷量 q及带电体间的距离r都有关。q越大，r越小，则F越大；反之则F越小。 知识点三　库仑定律 1．库仑定律 (1)内容：在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，其大小与它们的电量q1、q2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。作用力的方向在它们的连线上。 (2)公式：F＝k 。其中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫静电力常量。 (3)适用条件：①真空中；②静止的点电荷。 2．库仑扭秤实验 (1)实验结果发现电场力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接触后电荷量平分的方法，发现F与 q1和q2的乘积成正比。 　①静电力的叠加仍然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。 1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)点电荷是一种理想模型，真正的点电荷是不存在的。 (√) (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。 (√) 2．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，悬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∝。 　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．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，带电体就可看成点电荷。 3．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】　(多选)下列关于点电荷的说法正确的是(　　) A．无论两个带电体多大，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)带电体能否看成点电荷是看其形状、大小对相互作用的影响。 (2)均匀的带电球体有时可以看成点电荷，有时不能。 AD　[无论两带电体自身大小怎样，当两带电体之间的距离远大于它们的尺寸时，带电体本身的大小对于所研究的问题影响很小，可把带电体看作点电荷，故A正确，C错误；尽管带电体很小，但两带电体相距很近，以至于本身的大小和形状对问题的影响不能忽略时，两带电体不能被看作点电荷，故B错误；两个带电金属小球，若离得很近，两球所带的电荷在静电力作用下会分布不均，电荷