高二物理魯科版選修3-1課件：第1部分 第1章 第2節(jié)《靜電力庫侖定律》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 點(diǎn)電荷 帶電體本身的線度比相互之間的距離小得多 帶電體的形狀 大小對(duì)它們之間的相互作用力的影響可以忽略 2 庫侖定律 真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力F的大小 跟它們的電荷量Q1 Q2的乘積成正比 跟它們的距離r的二次方成反比 作用力的方 自學(xué)教材 1 靜電力 1 定義 間的相互作用力 也叫庫侖力 2 影響靜電力大小的因素 兩帶電體的形狀 大小 電荷分布 等 電荷 電荷量 二者間的距離 2 點(diǎn)電荷 1 物理學(xué)上把本身的比相互之間的距離得多的帶電體叫做點(diǎn)電荷 2 兩個(gè)帶電體能否視為點(diǎn)電荷 要看它們本身的是否比它們之間的距離小得多 而不是看物體有多大 小 本身 線度 線度 重點(diǎn)詮釋 1 帶電體看做點(diǎn)電荷的條件 1 帶電體能否看做點(diǎn)電荷 要看它們本身的線度是否比它們之間的距離小得多 即使是兩個(gè)比較大的帶電體 只要它們之間的距離足夠大 也可以視為點(diǎn)電荷 2 帶電體能否看做點(diǎn)電荷是相對(duì)于具體問題而言的 只要在測(cè)量精度要求的范圍內(nèi) 帶電體的形狀及大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí) 帶電體就可視為點(diǎn)電荷 2 對(duì)元電荷 點(diǎn)電荷的區(qū)分 1 元電荷是最小的電荷量 用e表示 e 1 6 10 19C 任何一個(gè)帶電體的電量都是元電荷的整數(shù)倍 2 點(diǎn)電荷是一個(gè)理想化的模型 實(shí)際并不存在 類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn) 可以有質(zhì)量 其電荷量是元電荷的整數(shù)倍 1 下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說法中 正確的是 A 只有體積很小的帶電體才能看成點(diǎn)電荷B 體積很大的帶電體一定不是點(diǎn)電荷C 當(dāng)兩個(gè)帶電體的形狀和大小對(duì)相互作用力的影響可忽略時(shí) 這兩個(gè)帶電體可看成點(diǎn)電荷D 任何帶電體 都可看成電荷全部集中于幾何中心的點(diǎn)電荷 解析 一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷 不在于其大小或形狀 而是取決于其大小和形狀對(duì)所研究的問題的影響 答案 C 自學(xué)教材 1 庫侖定律 1 內(nèi)容 中兩個(gè)之間的相互作用力F的大小 跟它們的電荷量Q1 Q2的成正比 跟它們的距離r的成反比 作用力的方向沿著它們的 同種電荷 異種電荷 真空 乘積 二次方 連線 相斥 相吸 點(diǎn)電荷 9 0 109N m2 C2 真空 點(diǎn)電荷 2 靜電力疊加原理對(duì)于兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷 其中每一個(gè)點(diǎn)電荷所受的總的靜電力 等于其他點(diǎn)電荷分別單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷的作用力的 矢量和 重點(diǎn)詮釋 1 應(yīng)用庫侖定律需要注意的問題 1 庫侖定律適用于真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力 與周圍是否存在其他電荷無關(guān) 3 兩個(gè)電荷間的距離r 0時(shí) 兩電荷已失去了點(diǎn)電荷的前提條件 所以違背了庫侖定律的適用條件 不能再運(yùn)用庫侖定律計(jì)算兩電荷間的相互作用力 因此不能認(rèn)為F 4 庫侖力具有力的一切性質(zhì) 相互作用的兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力遵守牛頓第三定律 庫侖力同樣遵守平行四邊形定則 在解決多個(gè)電荷相互作用時(shí)矢量合成法則同樣有效 2 靜電力疊加原理的理解 1 靜電力具有力的一切性質(zhì) 靜電力之間可以疊加 也可以與其他力疊加 靜電力疊加原理實(shí)際就是力疊加原理的一種具體表現(xiàn) 2 由于任何帶電體都可以看成是由很多點(diǎn)電荷組成的 從理論上講 利用庫侖定律和靜電力疊加原理 可以知道任何帶電體之間的作用力 3 當(dāng)多個(gè)帶電體同時(shí)存在時(shí) 任一帶電體同時(shí)受到多個(gè)靜電力的作用 可以利用力的合成的平行四邊形定則求其合力 解析 由庫侖定律的適用條件得A B錯(cuò) 庫侖力遵守牛頓三定律和每個(gè)電荷電量無關(guān) 故C錯(cuò)誤 庫侖定律是庫侖通過實(shí)驗(yàn)得出的 D正確 答案 D 自學(xué)教材 1 靜電力和萬有引力的區(qū)別 距 離的平方 質(zhì)量 電荷量 點(diǎn)電荷 質(zhì)點(diǎn) 2 對(duì)于微觀粒子 相互之間的靜電力萬有引力 因此 在討論電子這類微觀粒子的相互作用時(shí) 可以忽略不計(jì) 3 庫侖力存在于任意兩個(gè)帶電體之間 當(dāng)兩個(gè)帶電體不能看成點(diǎn)電荷時(shí) 庫侖定律不再適用 但庫侖力仍然存在 遠(yuǎn)大于 萬有引力 重點(diǎn)詮釋 1 靜電力和萬有引力都是非接觸類型的力 其本質(zhì)都是通過場(chǎng)發(fā)生作用 2 當(dāng)兩個(gè)帶電體相隔一定距離時(shí) 它們之間應(yīng)該既有靜電力 也有萬有引力 只是對(duì)于一般的帶電體 靜電力比萬有引力大得多 萬有引力往往忽略不計(jì) 圖1 2 1 3 如圖1 2 1所示 兩個(gè)質(zhì)量均為m的完全相同的金屬球殼a和b 殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻 將它們分別固定于絕緣支座上 兩球心間的距離為l 為球半徑的3倍 若使它們帶上等量異種電荷 兩球電荷量的絕對(duì)值均為Q 那么 a b兩球之間的萬有引力F引 庫侖力F庫分別為 解析 萬有引力定律適用于兩個(gè)可看成質(zhì)點(diǎn)的物體 雖然兩球心間的距離l只有半徑的3倍 但由于殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻 兩球殼可看做質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點(diǎn) 因此 可以應(yīng)用萬有引力定律 對(duì)于a b兩帶電球殼 由于兩球的間距l(xiāng)只有半徑的3倍 不能看成點(diǎn)電荷 不滿足庫侖定律的適用條件 故選項(xiàng)D正確 答案 D 例1 兩個(gè)相同的金屬小球 帶電量之比為1 7 相距為r 兩者相互接觸后再放回原來的位置上 則它們間的庫侖力可能為原來的 4 7 3 7 9 7 16 7A B C D 思路點(diǎn)撥 解答本題的關(guān)鍵是能夠?qū)﹄姾芍泻?接觸起電 電荷守恒定律及庫侖定律進(jìn)行綜合運(yùn)用 答案 D 1 解此類問題時(shí) 要注意區(qū)分原來兩球帶的是同種電荷還是異種電荷 帶電性質(zhì)不同 會(huì)有不同的答案 2 利用庫侖定律計(jì)算電荷間的相互作用力時(shí) 通常不將電荷的正 負(fù)代入公式 而只計(jì)算電荷間的相互作用力的大小 作用力的方向根據(jù)同種電荷互相排斥 異種電荷互相吸引來判斷 答案 C 圖1 2 2 例2 如圖1 2 2所示 等邊三角形ABC 邊長為L 在頂點(diǎn)A B處有等量異種點(diǎn)電荷QA QB QA Q QB Q 求在頂點(diǎn)C處的點(diǎn)電荷QC所受的靜電力 審題指導(dǎo) 解答本題時(shí)應(yīng)把握以下三點(diǎn) 1 靜電力合成分解時(shí)遵守平行四邊形定則 2 判斷電性 若不能判斷電性 應(yīng)按兩種情況分別討論 3 求靜電力時(shí) 還要指明力的方向 解析 題目中沒有交代QC的電性 解答時(shí)就需考慮兩種情況 即QC為正電 QC為負(fù)電 當(dāng)QC為正電時(shí) 受力情況如圖甲所示 QA QB對(duì)QC的作用力大小和方向都不因其他電荷的存在而改變 仍然遵守庫侖定律 答案 見解析 如果有多個(gè)點(diǎn)電荷存在時(shí) 它們每兩者之間的作用力 不因其他點(diǎn)電荷的存在而改變 都滿足庫侖定律 所以 我們解決這類問題的時(shí)候可以先求出任意兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力 然后再用平行四邊形定則求合力即可 圖1 2 3 上例題中 若將A B C三點(diǎn)改為一直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn) B 30 且在A B兩點(diǎn)放置兩點(diǎn)電荷QA QB 測(cè)得在C處正點(diǎn)電荷受靜電力方向與AB平行向左 則A帶 電 QA QB 解析 各個(gè)靜電力不在同一直線上時(shí) 應(yīng)用平行四邊形定則求合力 正電荷在C處受QA QB的庫侖力作用 方向一定在AC BC線上 要使合力水平向左 C受A的作用必定為引力 受B的作用必定為斥力 所以A帶負(fù)電 B帶正電 受力分析如圖所示 得FBsin30 FA 答案 負(fù)1 8 例3 在光滑絕緣水平面上固定著帶電小球A 質(zhì)量為M 所帶電荷量為 Q 帶電小球B與小球A之間相距為r 質(zhì)量為m 所帶電荷量為 q 現(xiàn)將小球B無初速度釋放 求 1 剛釋放時(shí)小球B的加速度為多大 2 釋放后小球B做什么運(yùn)動(dòng) 思路點(diǎn)撥 利用庫侖定律及牛頓第二定律分析B球的運(yùn)動(dòng)情況 庫侖力跟重力 彈力 摩擦力一樣 都是性質(zhì)力 受力分析時(shí)應(yīng)包括庫侖力 正確判斷庫侖力的大小和方向后 即可將題目轉(zhuǎn)化為力學(xué)問題 然后根據(jù)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行求解 圖1 2 4 2 如圖1 2 4所示 懸掛在O點(diǎn)的一根不可伸長的絕緣細(xì)線下端有一個(gè)帶電荷量不變的小球A 在兩次實(shí)驗(yàn)中 均緩慢移動(dòng)另一帶同種電荷的小球B 當(dāng)B到達(dá)懸點(diǎn)O的正下方并與A在同一水平線上 A處于受力平衡時(shí) 懸線偏離豎直方向的角度 解析 設(shè)細(xì)線長為l A的帶電荷量為Q A與B處在同一水平線上 以A為研究對(duì)象 受力分析作出受力圖 如圖所示 根據(jù)平衡條件可知 庫侖力跟重力的合力與細(xì)線的拉力等大反向 由幾何關(guān)系列式得 答案 C 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全