2017秋沪科版高中物理选修3-1（课件+学案）：1.2探究电荷相互作用规律 (2份打包)

学案2　探究电荷相互作用规律 [目标定位] 1.知道点电荷的概念.2.理解库仑定律的内容、公式及其适用条件，会用库仑定律进行有关的计算． 一、库仑定律 1.如图1所示，用摩擦起电的方法分别让球形导体A和通草球B带上同种电荷，并使球形导体A与通草球B处在同一水平面上． 图1 (1)使通草球B处于同一位置，增大或减小其所带的电荷量，通草球B所受作用力的大小如何变化？ (2)保持导体A和通草球B的电荷量不变，改变两者之间的距离，通草球B所受作用力的大小如何变化？ (3)以上说明，哪些因素影响电荷间的相互作用力？这些因素对作用力的大小有什么影响？ 答案　(1)增大通草球B所带的电荷量，其受到的作用力增大；减小通草球B所带的电荷量，其受到的作用力减小． (2)两者距离增大，作用力变小；距离减小，作用力变大． (3)电荷量和电荷间的距离．电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着电荷间距离的增大而减小． 2．库仑研究电荷间相互作用的装置叫库仑扭秤，该装置是利用什么方法显示力的大小？通过库仑的实验，两带电体间的作用力F与距离r的关系如何？ 答案　该装置通过悬丝扭转的角度来显示力的大小，力越大，悬丝扭转的角度越大．力F与距离r的二次方成反比：F∝ [要点总结] 1．库仑定律：真空中两个静止的点电荷之间相互作用力的大小，跟它们的电荷量q1与q2的乘积成正比，跟它们的距离r的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线．表达式：F＝k.式中的k为静电力常量，数值为k＝9.0×109 N·m2/C2. 2．库仑定律的适用范围：真空中的点电荷． 3．点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的带电体，是一种理想化的物理模型．当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、大小及电荷分布状况对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做点电荷． [延伸思考] 1．有人说：“点电荷是指带电荷量很小的带电体”，对吗？为什么？ 答案　不对．点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的带电体，是一种理想化的物理模型．当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、大小及电荷分布状况对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做点电荷．一个物体能否被看做点电荷，是相对于具体问题而言的，不能单凭其大小和形状而定． 2．还有人根据F＝k推出当r→0时，F→∞，正确吗？ 答案　从数学角度分析似乎正确，但从物理意义上分析却是错误的．因为当r→0时，两带电体已不能看做点电荷，库仑定律不再适用了． 例1　两个分别带有电荷量－Q和＋3Q的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r的两处，它们间静电力的大小为F.两小球相互接触后将其固定距离变为，则两球间静电力的大小为(　　) A.F B.F C.F D．12F 答案　C 解析　两带电金属小球接触后，它们的电荷量先中和后均分，由库仑定律得：F＝k，F′＝k＝k.联立得F′＝F，C选项正确． 针对训练　有三个完全相同的金属小球A、B、C，A所带电荷量为＋7Q，B所带电荷量为－Q，C不带电．将A、B固定起来，然后让C反复与A、B接触，最后移去C，A、B间的相互作用力变为原来的(　　) A.倍 B.倍 C.倍 D.倍 答案　C 解析　C与A、B反复接触，最后A、B、C三者所带电荷量均分， 即qA′＝qB′＝qC′＝＝2Q. A、B间的作用力F′＝k＝， 原来A、B间的作用力F＝k＝， 所以＝，即F′＝F. 二、静电力的叠加 已知空间中存在三个点电荷A、B、C，A对C的静电力是否因B的存在而受到影响？A、B是否对C都有力的作用？如何求A、B对C的作用力？ 答案　A对C的静电力不受B的影响，A、B对C都有力的作用，A、B对C的作用力等于A、B单独对C的作用力的矢量和． [要点总结] 1．如果存在两个以上点电荷，那么每个点电荷都要受到其他所有点电荷对它的作用力．两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而有所改变．因此，某点电荷受到的作用力，等于其他点电荷单独对这个点电荷的作用力的矢量和． 2．任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的．所以，如果知道带电体上的电荷分布，根据库仑定律和平行四边形定则就可以求出带电体间的静电力的大小和方向． 例2　如图2所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1＝＋2×10－14 C和Q2＝－2×10－14 C．在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2 m．如果有一高能电子静止放在C点处，则它所受的静电力的大小和方向如何？ 图2 答案　8.0×10－21 N　方向平行于AB连线由B指向A 解析　电子带负电荷，在C点同时受A、B两点电荷的作用力FA、FB，如图所示． 由库仑定律F＝k得 FA＝k ＝9.0×109× N ＝8.0×10－21 N FB＝