物理粵教版選修3-1課件：第一章第二節(jié)《探究靜電力》

歡迎進入物理課堂 第二節(jié)探究靜電力 1 當帶電體間的 比它們自身的大小大得多 以致帶電體的形狀 大小及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響 時 這樣的帶電體就可以看做帶電的點 叫做 2 庫侖定律 在真空中兩個點電荷之間的相互作用力 跟它們的電荷量的乘積成 跟它們間的距離的二次方成 作用力的方向在它們的 上 其公式為 距離 很小 點電荷 正比 反比 連線 3 真空中有兩個靜止的點電荷 它們之間的相互作用力為F 若它們的帶電量都增加為原來的2倍 距離不變 它們之間的相互作用力變?yōu)?若它們的帶電量不變 距離增加為原來的2倍 它們之間的相互作用力變?yōu)?4F 知識點1點電荷 1 點電荷是有 沒有大小 形狀的 模型 2 一個帶電體能否看做點電荷必須滿足的條件是 當帶電體的大小比起它到其他帶電體的距離 時 帶電體的形狀和電荷分布對電荷間的作用力的影響 此時帶電體可視為 電荷量 理想 小很多 很小 點電荷 3 關于點電荷有以下兩種理解 甲同學 元電荷的電荷量是最小的 所以元電荷一定是 點電荷 乙同學 半徑為10cm的帶電圓盤一定不可能視為點電 荷 你認為這兩種說法對嗎 談談你的看法 答案 以上兩種說法均是錯誤的 點電荷與帶電體所帶電荷量多少無關 半徑為10cm的帶電圓盤能否視為點電荷要看具體情形 若考慮它和10m處某個電子的作用力 就完全可以忽略它的形狀 把它看做點電荷 若考慮帶電圓盤與相距只有1mm的電子的作用力 此時這一帶電圓盤又相當于一個無限大的帶電平面 不能視為點電荷 1 點電荷是只有電荷量 沒有大小 形狀的理想化的模型 類似于力學中的質點 實際中并不存在 2 帶電體能否看做點電荷是相對于具體問題而言的 不能單憑其所帶電量的多少以及大小和形狀確定 只有當帶電體間的距離遠遠大于帶電體的線度時 才能當做點電荷處理 3 電荷分布不變的均勻帶電球體 可等效為電荷量集中在 球心的點電荷 例1 關于點電荷 下列說法中正確的是 A 體積小的帶電體B 球形帶電體C 帶電少的帶電體D 大小和形狀對作用力的影響可忽略的帶電體解析 點電荷不能理解為體積很小的電荷 也不能理解為電荷量很少的電荷 球形帶電體 有時可以作為點電荷 有時則不能 如要研究它與離它較近的電荷間的作用力時 就不能看成點電荷 而研究它與離它很遠的電荷間的作用力時 就可以看成點電荷 因此 一個帶電體能否看成點電荷 要視具體情況而定 答案 D 觸類旁通 1 下列哪些物體可視為點電荷 C A 電子和質子在任何情況下都可視為點電荷B 體積和帶電荷量都很小的帶電體一定是點電荷C 帶電的細桿在一定條件下可以視為點電荷D 帶電的金屬球一定不能視為點電荷 知識點2庫侖定律的理解與應用 1 庫侖定律的適用條件是 中的兩個 2 兩個點電荷之間的庫侖力是一對作用力與反作用力 其大小 方向 且方向在兩者的 上 3 庫侖定律的表達式 其中k 9 0 109N m2 C2 叫做 真空 點電荷 相等 相反 連線 靜電力常量 觀點一 根據(jù)F k 從數(shù)學角度推出 當r 0時 4 關于庫侖定律的理解有這樣幾種觀點 你認為是否正 確 并請說明理由 q1q2 r2 F r 時 F 0 觀點二 兩個處在真空中可視為點電荷的帶電球 大球的電荷量大于小球的電荷量 關于兩球之間靜電力的大小關系 可以肯定 大球受到的靜電力一定大于小球受到的靜電力 成立 由此得到F 0 答案 觀點一的前半部分是錯誤的 后半部分是正確的 q1q2r2從物理意義上分析 這種看法是錯誤的 因為當r 0時 任何兩帶電體已不能看做點電荷 庫侖定律及其公式也就不再適用 F k q1q2r2 不能成立了 所以由此得出的結論是錯誤的 但當 r 時 公式F k q1q2r2 根據(jù)F k 從數(shù)學角度分析r 0時 F 似乎正確 但 觀點二也是錯誤的 兩帶電球間的靜電力具有一般力的共性 符合牛頓第三定律 即 無論兩球帶電量大小 電性是怎樣的 它們之間的相互作用力總是大小相等 方向相反 在同一直線上 所以大球受到的靜電力一定等于小球受到的靜電力 1 庫侖定律定律的成立條件是真空中兩個點電荷間的相互作用力 但空氣中兩點電荷間的相互作用力也可以近似用庫侖定律計算 兩個均勻帶電球體相距較遠時也可視為點電荷 此時r指兩球體的球心距離 2 應用庫侖定律公式計算庫侖力時不必將表示電荷性質的正 負號代入公式中 只需將其電荷量的絕對值代入公式中算出力的大小 力的方向根據(jù)同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引的原則另行判斷 3 庫侖定律的公式中各物理量要統(tǒng)一用國際單位 只有采 用國際單位時 k的值才是9 0 109N m2 C2 4 空間中有多個電荷時 某電荷所受的靜電力是其他所有 電荷單獨對其作用的靜電力的矢量和 力的合成 q1q2r2 例2 雙選 關于庫侖定律的公式F k 下列說法正 確的是 A 當真空中的兩點電荷間的距離r 時 它們之間的靜電力F 0B 當真空中的兩點電荷間的距離r 0時 它們之間的靜電力F C 當兩點電荷間的距離r 時 它們之間的靜電力F 0D 靜電力常量k的數(shù)值是由實驗得出的 適應的條件是真空中的兩點電荷 當 不再成立 選項B錯 靜電力常量的數(shù)值是由實驗 解析 公式F k q1q2r2 r 時 任何帶電體都可視為點電荷 但還必須滿足真空條件 選項A對 C錯 當r 0時 兩電荷就不能看成點電荷了 公 式F k q1q2r2 得出的 選項D對 答案 AD 觸類旁通 2 真空中有兩個半徑為R的帶電金屬球 兩球中心相距為r r 4R 設兩球帶電荷量絕對值分別為q1 q2 對于它們之間 的靜電作用力 下列說法正確的是 解析 此題中 無論兩球帶何種性質的電荷 兩球均不能視為點電荷 不成立 當帶異種電荷時 電荷分布于兩球最近的一側 帶同種電荷時 電荷分布于兩球最遠的一側 可判斷A B D錯 C正確 答案 C 例3 真空中兩個相同的帶等量異種電荷的小球A和B A B可看做點電荷 分別固定在兩處 兩球間的靜電力為F 用一個不帶電的同樣的小球C先和A接觸 再與B接觸 然后移去C 則A B兩球間的庫侖力是多少 題后反思 1 完全相同的金屬小球接觸后要等分總電荷 量 此處還應注意C球與A B兩球的接觸順序 2 應用庫侖定律公式計算庫侖力時不必將表示電荷性質 的正 負號代入公式中 觸類旁通 3 兩個分別帶有電荷量 Q和 3Q的相同金屬小球 均可視為點電荷 固定在相距為r的兩處 它們間庫侖力的大小為r2 大小為 FA 12 B 3F4 C 4F3 D 12F C F 兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)?則兩球間庫侖力的 1 解決三點電荷在同一直線上的靜電力平衡問題 1 庫侖力是電荷間的一種相互作用力 若三個點電荷在同一直線上均處于靜電力平衡 則每個點電荷受到的另外兩個點電荷的庫侖力必定等大反向 2 根據(jù)平衡條件與庫侖定律可知 三個點電荷必須在一條直線上 位于中間的電荷量最小 中間電荷與兩側電荷異號 中間電荷與電荷量較小的電荷較近 即 三點共線 兩同夾異 兩大夾小 近小遠大 例4 如圖1 2 1所示 在一條直線上有兩個相距0 4m的點電荷A B A帶電荷量為 Q B帶電荷量為 9Q 現(xiàn)引入第三個點電荷C 恰好使三個點電荷處于靜電力平衡狀態(tài) 問 C應帶什么性質的電 應放于何處 所帶電荷量為多少 圖1 2 1 觸類旁通 4 雙選 如圖1 2 3所示 同一直線上的三個點電荷q1 q2 q3 恰好都處于平衡狀態(tài) 且除相互作用的靜電力外不受其他外力作用 已知q1 q2間的距離是q2 q3間距離的2倍 下 列說法正確的是 A 若q1 q3為負電荷 則q2也為負電荷B 若q1 q3為負電荷 則q2必為正電荷C q1 q2 q3 36 4 9 D q1 q2 q3 9 4 36 圖1 2 3 答案 BC 2 庫侖定律與牛頓運動定律的綜合應用結合庫侖定律與牛頓運動定律分析處理帶電體的問題的方法與純力學問題的分析方法一樣 要學會把電學問題力學化 分析方法是 1 確定研究對象 如果有幾個物體相互作用時 要依據(jù)題意 適當選取 整體法 或 隔離法 2 對研究對象進行受力分析 在受力分析時除了分析重 力 彈力 摩擦力等力學中常見力外 多了一個庫侖力 因此在受力分析時千萬不可漏掉 3 列平衡方程 F合 0或Fx 0 Fy 0 或牛頓第二定律求 解 4 在應用庫侖定律定量計算式 各量均應采用國際單位 即 表達式中的r單位為m 電量q的單位是C 力的單位是 N 例5 如圖1 2 4所示 兩個帶等量異種電荷的小球 質量均為2g 各用L 5 1cm長的絕緣細線吊住 細線質量不計 小球可看成質點 當懸點OO 相距d 4cm時兩球處于平衡 此時兩球各偏離豎直方向L 1cm 則每個小球的電荷量為多少 取g 10m s2 圖1 2 4 設懸線與豎直方向夾角為 根據(jù)平衡條件 有F mgtan 解得q 1 33 10 8C 故帶負電的小球所帶電荷量為 1 33 10 8C 帶正電的小球所帶電荷量為 1 33 10 8C 觸類旁通 5 如圖1 2 6所示 兩個帶電球處于平衡狀態(tài) 且球心位于同一水平面 大球的電荷量大于小球的電荷量 可以肯定 A 兩球都帶正電B 小球受到的細繩拉力等于所受的重力C 大球受到的靜電力大于小球受到的靜電力 D 兩球受到的靜電力大小相等 圖1 2 6 解析 由題圖可知 兩帶電球相互排斥 則說明兩球一定帶有同種電荷 但不能確定是正電荷 還是負電荷 故A錯 兩帶電球間的靜電力是一對相互作用力 符合牛頓第三定律 故選項C錯 D對 對小球受力分析 受重力mg 庫侖力F 細繩拉力 利用三力平衡得出B錯 答案 D 例6 帶電小球A和B放在光滑絕緣水平面上 質量分 別為m1 2g m2 1g 所帶電荷量值q1 q2 10 7 C A帶正 電 B帶負電 現(xiàn)有水平向右的恒力F作用于A球 可使A B一起向右運動 且保持間距d 0 1m不變 試問F多大 圖1 2 7 F電 9 10 3N 解 兩球相互吸引的庫侖力 kq1q2d2 A球和B球保持間距不變 可知兩球加速度相同 隔離B球 由牛頓第二定律得F電 m2a 把A球和B球看成整體 水平恒力F即其合外力 由牛頓第二定律得F m1 m2 a 代入數(shù)據(jù) 由 式得a 9m s2 由 式得F 2 7 10 2N 觸類旁通 6 一根置于水平面上的光滑玻璃管 絕緣體 內部有兩個完全一樣的彈性金屬球A B 帶電荷量分別為9Q和 Q 從圖1 2 8所示的位置由靜止開始釋放 問兩球再經過圖中位置時 兩球的加速度是釋放時的多少倍 圖1 2 8 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全