2.库仑定律（导学案）物理教科版2019必修第三册

2. 库仑定律 导学案 1.物理观念：能准确表述库仑定律内容，熟练书写公式F＝k, 并明确各物理量单位，能区分点电荷适用场景，建立静电力定量认知。 2.科学思维：通过类比万有引力推导库仑力关系，理解控制变量法，结合力矩平衡分析实验设计，提升科学推理能力。 3.科学探究：参与扭秤实验模拟操作与分析，完成 “现象记录-数据关联-规律验证”，提升实验操作与数据分析能力。 4.科学态度与责任：了解库仑研究历程，感受科学家创新严谨精神，认识定律对电磁学发展的意义，树立科学服务社会意识。 1.重点：库仑定律内容、公式 F＝k及适用条件；扭秤设计思路与控制变量法应用。 2.难点：扭秤实验力矩平衡原理；点电荷模型与实际带电体的区别联系。 【知识回顾】 1. 电荷 电荷守恒定律 1.自然界中存在 种电荷，分别是 电荷（用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷）和 电荷（用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷），它们的相互作用规律是：同种电荷相互 ，异种电荷相互 。​ 元电荷是最小的电荷量，用符号e表示，其数值为e= C，所有带电体的电荷量都是元电荷的 倍。​ 2.常见的起电方式有 、 、 、三种，本质都是 的转移或重新分布。​ 电荷守恒定律的内容：电荷既不能 ，也不能 ，只能从一个物体 到另一个物体，或从物体的一部分 到另一部分；转移过程中，电荷的总量 。 【自主预习】 2. 库仑定律 2.1 实验基础 —— 库仑扭秤实验 关键部件：固定金属球、悬挂金属球、 、反光镜、刻度盘 核心方法： 法（①控电量变距离；②控距离变电量） 实验结论：F＝ 2.2 库仑定律内容 文字表述：真空中，两个点电荷之间的静电力，跟电量乘积成 ，跟距离 成反比，方向在连线上。 公式：F＝ 单位：F→N，q→C，r→m 适用条件：①真空中（空气可近似）；② 电荷 2.3 多电荷静电力 核心规则：叠加原理（分别算单个力，再合成） 思考与讨论1 一、库仑扭秤实验分析 1.库仑设计了一个非常巧妙的装置 —— 扭秤（展示扭秤模型：底座、细棉线（模拟扭丝）、悬挂的轻质铝球（可转动金属球）、固定金属球、刻度盘、反光镜）。大家先观察这个模型，谁能说说它有哪些关键部件？ 2.在动画演示实验过程中，大家注意记录：当两个金属球带上同种电荷后，会发生什么？ 3.让两球带等量电荷，先让距离为 r，记录光斑位置；再将距离调为 2r，观察光斑变化—— 距离变大后，光斑移动的距离变小了，这说明什么？ 4.固定距离r，先让两球带电量 q₁=q₂=q，记录光斑位置；再让两球接触后带电量变为 q₁'=q₂'=2q，观察光斑—— 电量变大后，光斑移动距离变大了，这又说明什么？ 例1　下列对点电荷的理解正确的是(　　) A．体积很大的带电体都不能看作点电荷 B．只有体积很小的带电体才能看作点电荷 C．只要是球形带电体，无论球多大，都能看作点电荷 D．当两个带电体的形状和大小对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都能看作点电荷 思考与讨论2 二、库仑定律总结 1.结合刚才的实验结论，我们知道 F 既和 q₁q₂成正比，又和 r² 成反比，那怎么把这两个比例关系写成一个等式呢？ 2.请说出库仑定律的完整内容。 例2　关于库仑定律，下列说法正确的是(　　) A．库仑定律适用于点电荷，体积很大的带电体不能使用 B．根据库仑定律，当两个带电体间的距离r→0时，库仑力将趋向无穷大 C．库仑定律和万有引力定律的表达式很相似，它们都是与距离平方成反比的定律 D．若点电荷q1 的电荷量大于q2 的电荷量，则q1 对q2 的静电力大于q2 对q1 的静电力 课堂小结： 通过本节课的学习，我们知道了库仑定律的内容、公式F＝k 及适用条件，了解了库仑扭秤实验的设计思路和控制变量法，还学会了单电荷、多电荷静电力的计算方法。 1．物理学引入“点电荷”概念，从科学方法上来说属于(　　) A．观察实验的方法 B．控制变量的方法 C．等效替代的方法 D．建立理想物理模型的方法 2．下列关于点电荷的说法正确的是(　　) A．任何带电球体，都可看成电荷全部集中于球心的点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C．当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷 D．一切带电体都可以看成是点电荷 3．如图所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定(　　) A．两球都带正电 B．两球都带负电 C．大球受到的静电力大于小球受到的静电力 D．两球受到的静电力大小相等 4．关于库仑定律，下列说法正确的是(　　) A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体 B．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是电荷量很大的带电体 C．所带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍 D．库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷 5．电荷量分别为q1、q2的两个点电荷，相距r时，它们之间的相互作用力为F，下列说法错误的是(　　) A．如果q1、q2恒定，当距离变为时，作用力将变为2F B．如果其中一个电荷的电荷量不变，而另一个电荷的电荷量和它们之间的距离都减半时，作用力变为2F C．如果它们的电荷量和距离都加倍时，作用力不变 D．如果它们的电荷量都加倍，距离变为r时，作用力将变为2F 6．如图所示，在一条直线上的三点分别放置QA＝＋3×10－9 C、QB＝－4×10－9 C、QC＝＋3×10－9 C的A、B、C三个点电荷，则作用在点电荷A上的库仑力的大小为(　　) A．9.9×10－4 N B．9.9×10－3 N C．1.17×10－4 N D．2.7×10－4 N 7．甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16 C的正电荷，乙球带有3.2×10－16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10 cm。(结果保留三位有效数字) (1)试求两球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？ (2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？ (3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处，还能求出其作用力吗？ 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 库仑定律 导学案 1.物理观念：能准确表述库仑定律内容，熟练书写公式F＝k, 并明确各物理量单位，能区分点电荷适用场景，建立静电力定量认知。 2.科学思维：通过类比万有引力推导库仑力关系，理解控制变量法，结合力矩平衡分析实验设计，提升科学推理能力。 3.科学探究：参与扭秤实验模拟操作与分析，完成 “现象记录-数据关联-规律验证”，提升实验操作与数据分析能力。 4.科学态度与责任：了解库仑研究历程，感受科学家创新严谨精神，认识定律对电磁学发展的意义，树立科学服务社会意识。 1.重点：库仑定律内容、公式 F＝k及适用条件；扭秤设计思路与控制变量法应用。 2.难点：扭秤实验力矩平衡原理；点电荷模型与实际带电体的区别联系。 【知识回顾】 1. 电荷 电荷守恒定律 1.自然界中存在两种电荷，分别是__正____电荷（用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷）和_负_____电荷（用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷），它们的相互作用规律是：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。​ 元电荷是最小的电荷量，用符号e表示，其数值为e=1.6×10-19 C，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。​ 2.常见的起电方式有摩擦起电、感应起电、接触起电三种，本质都是电子的转移或重新分布。​ 电荷守恒定律的内容：电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分；转移过程中，电荷的总量保持不变。 【自主预习】 2. 库仑定律 2.1 实验基础 —— 库仑扭秤实验 关键部件：固定金属球、悬挂金属球、扭丝、反光镜、刻度盘 核心方法：控制变量法（①控电量变距离；②控距离变电量） 实验结论：F＝k 2.2 库仑定律内容 文字表述：真空中，两个点电荷之间的静电力，跟电量乘积成正比，跟距离平方成反比，方向在连线上。 公式：F＝k 单位：F→N，q→C，r→m 适用条件：①真空中（空气可近似）；②点电荷 2.3 多电荷静电力 核心规则：叠加原理（分别算单个力，再合成） 思考与讨论1 一、库仑扭秤实验分析 1.库仑设计了一个非常巧妙的装置 —— 扭秤（展示扭秤模型：底座、细棉线（模拟扭丝）、悬挂的轻质铝球（可转动金属球）、固定金属球、刻度盘、反光镜）。大家先观察这个模型，谁能说说它有哪些关键部件？ 答案 有两个金属球，一个固定，一个挂在细棉线上能转；还有刻度盘和镜子！ 2.在动画演示实验过程中，大家注意记录：当两个金属球带上同种电荷后，会发生什么？ 答案 两球相互排斥，悬挂球转了，棉线扭了，光斑也动了！ 3.让两球带等量电荷，先让距离为 r，记录光斑位置；再将距离调为 2r，观察光斑变化—— 距离变大后，光斑移动的距离变小了，这说明什么？ 答案 距离变大，静电力变小了！ 4.固定距离r，先让两球带电量 q₁=q₂=q，记录光斑位置；再让两球接触后带电量变为 q₁'=q₂'=2q，观察光斑—— 电量变大后，光斑移动距离变大了，这又说明什么？ 答案 距离不变时，电量越大，静电力越大！ 例1　下列对点电荷的理解正确的是(　　) A．体积很大的带电体都不能看作点电荷 B．只有体积很小的带电体才能看作点电荷 C．只要是球形带电体，无论球多大，都能看作点电荷 D．当两个带电体的形状和大小对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体都能看作点电荷 答案　D 解析　带电体能否看作点电荷是由所研究问题的性质决定的，与自身大小、形状无直接关系，故A、B、C错误；当两个带电体的形状和大小对它们之间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体均可看作点电荷，故D正确． 思考与讨论2 二、库仑定律总结 1.结合刚才的实验结论，我们知道 F 既和 q₁q₂成正比，又和 r² 成反比，那怎么把这两个比例关系写成一个等式呢？ 答案 可以加一个比例常数！写成 F＝k。 2.请说出库仑定律的完整内容。 答案 真空中，两个点电荷之间的静电力，跟它们带电量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 例2　关于库仑定律，下列说法正确的是(　　) A．库仑定律适用于点电荷，体积很大的带电体不能使用 B．根据库仑定律，当两个带电体间的距离r→0时，库仑力将趋向无穷大 C．库仑定律和万有引力定律的表达式很相似，它们都是与距离平方成反比的定律 D．若点电荷q1 的电荷量大于q2 的电荷量，则q1 对q2 的静电力大于q2 对q1 的静电力 答案　C 课堂小结： 通过本节课的学习，我们知道了库仑定律的内容、公式F＝k 及适用条件，了解了库仑扭秤实验的设计思路和控制变量法，还学会了单电荷、多电荷静电力的计算方法。 1．物理学引入“点电荷”概念，从科学方法上来说属于(　　) A．观察实验的方法 B．控制变量的方法 C．等效替代的方法 D．建立理想物理模型的方法 1. 答案　D 2．下列关于点电荷的说法正确的是(　　) A．任何带电球体，都可看成电荷全部集中于球心的点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C．当两个带电体的大小远小于它们之间的距离时，可将这两个带电体看成点电荷 D．一切带电体都可以看成是点电荷 2. 答案　C 解析　能否把一个带电体看作点电荷，不能以它的体积大小而论，应该根据具体情况而定．若它的体积和形状可不予考虑，就可以将其看成点电荷，若带电球体电荷分布不均匀，则球形带电体的电荷不能看成全部集中于球心的点电荷，故选项C正确． 3．如图所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定(　　) A．两球都带正电 B．两球都带负电 C．大球受到的静电力大于小球受到的静电力 D．两球受到的静电力大小相等 3. 解析：两个带电球之间存在着排斥力，故两球带同种电荷，可能都带正电，也可能都带负电，故A、B错误；静电力遵从牛顿第三定律，两球受到的静电力大小相等，故C错误，D正确。 答案：D 4．关于库仑定律，下列说法正确的是(　　) A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积最小的带电体 B．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是电荷量很大的带电体 C．所带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时，B受到的静电力是A受到的静电力的3倍 D．库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷 4．答案　D 解析　如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布状况对它与其他带电体之间作用力的影响可以忽略不计，即可将带电体看作点电荷，能否看成点电荷与电荷量的大小及体积大小无关，故A、B错误；根据牛顿第三定律可知，A、B相互作用时，B受到的静电力与A受到的静电力大小相等，故C错误；库仑定律的适用条件是真空和静止点电荷，故D正确． 5．电荷量分别为q1、q2的两个点电荷，相距r时，它们之间的相互作用力为F，下列说法错误的是(　　) A．如果q1、q2恒定，当距离变为时，作用力将变为2F B．如果其中一个电荷的电荷量不变，而另一个电荷的电荷量和它们之间的距离都减半时，作用力变为2F C．如果它们的电荷量和距离都加倍时，作用力不变 D．如果它们的电荷量都加倍，距离变为r时，作用力将变为2F 5．答案　A 解析　根据库仑定律有F＝k，如果q1、q2恒定，当距离变为时，F1＝＝4F，选项A错误；如果其中一个电荷的电荷量不变，而另一个电荷的电荷量和它们间的距离都减半时，F2＝＝2F，选项B正确；如果它们的电荷量和距离都加倍时，F3＝＝F，选项C正确；如果它们的电荷量都加倍，距离变为r时，F4＝k＝2F，选项D正确． 6．如图所示，在一条直线上的三点分别放置QA＝＋3×10－9 C、QB＝－4×10－9 C、QC＝＋3×10－9 C的A、B、C三个点电荷，则作用在点电荷A上的库仑力的大小为(　　) A．9.9×10－4 N B．9.9×10－3 N C．1.17×10－4 N D．2.7×10－4 N 6．答案　A 解析　A受到B、C点电荷的库仑力如图所示，根据库仑定律有 FBA＝＝ N ＝1.08×10－3 N FCA＝＝ N ＝9×10－5 N 规定沿这条直线由A指向C为正方向，则点电荷A受到的合力大小为FA＝FBA－FCA＝(1.08×10－3－9×10－5) N＝9.9×10－4 N，故选项A正确． 7．甲、乙两导体球，甲球带有4.8×10－16 C的正电荷，乙球带有3.2×10－16 C的负电荷，放在真空中相距为10 cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10 cm。(结果保留三位有效数字) (1)试求两球之间的静电力，并说明是引力还是斥力？ (2)如果两个导体球完全相同，接触后放回原处，两球之间的作用力如何？ (3)将两个体积不同的导体球相互接触后再放回原处，还能求出其作用力吗？ 7．解析：(1)因为两球的半径都远小于10 cm，因此可以作为两个点电荷考虑。由库仑定律有F＝k＝9.0×109× N≈1.38×10－19 N。两球带异种电荷，它们之间的作用力是引力。 (2)如果两个导体球完全相同，则接触后电荷量先中和后平分，每个小球带的电荷量为q′1＝q′2＝ C＝8×10－17 C，两个导体球之间的斥力为F1＝＝5.76×10－21 N。 (3)由于两个导体球不同，分开后分配的电荷量将不相等，因而无法知道电荷量的大小，也无法求出两个导体球间的作用力。 答案：(1)1.38×10－19 N　引力　(2)5.76×10－21 N　斥力　(3)不能 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $