学年高考物理 主题1 静电场 2 库仑定律学案必修3.docx

1、学年高考物理 主题1 静电场 2 库仑定律学案必修32库仑定律学科素养与目标要求物理观念：1.知道点电荷的概念.2.理解库仑定律的内容、公式及适用条件.科学探究：经历探究实验过程，得出电荷间作用力与电荷量及电荷间距离的定性关系.科学思维：1.通过抽象概括建立点电荷这种理想化模型.2.进一步了解控制变量法在实验中的作用.3.会用库仑定律进行有关的计算.一、探究影响电荷间相互作用力的因素1.实验现象：(如图1所示)图1(1)小球带电荷量一定时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越小.(2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越大.2.实验结论：电荷之间的作用力随着

2、电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小.二、库仑定律1.点电荷：当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，带电体可以看做点电荷.2.库仑定律(1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上.(2)公式：Fk，其中k9.0109Nm2/C2，叫做静电力常量.(3)适用条件：在真空中；点电荷.3.库仑的实验(1)库仑扭秤实验是通过悬丝扭转角度比较静电力F大小的.实验结果发现静电力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

3、用的是用两个完全相同的金属小球接触，电荷量平分的方法，发现F与q1和q2的乘积成正比.1.判断下列说法的正误.(1)探究电荷间的作用力与某一因素的关系时，必须采用控制变量法.()(2)只有电荷量很小的带电体才能看成点电荷.()(3)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.()(4)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.()2.真空中两个点电荷，它们之间的静电力为F，如果将两个点电荷的距离增大为原来的4倍，电荷量都增大为原来的2倍.它们之间静电力的大小变为原来的_倍.答案一、库仑定律的理解与应用1.点电荷(1)点电荷是只有

4、电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在.(2)带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和形状下结论.如果带电体的大小比带电体间的距离小得多，则带电体的大小及形状就可以忽略，此时带电体就可以看成点电荷.2.库仑定律(1)库仑定律只适用于真空中点电荷之间的相互作用，一般没有特殊说明的情况下，都可按真空来处理.(2)当r0时，电荷不能再看成点电荷，库仑定律不再适用.(3)两个点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律.不要认为电荷量大的电荷对电荷量小的电荷作用力大.(4)两个规则的带电球体相距比较近时，电荷的分布会发生改变，库仑定律不再适用.例1下列说法中正确的是

5、()A.点电荷就是体积小的带电体B.带电荷量少的带电体一定可以视为点电荷C.大小和形状对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷D.根据库仑定律表达式Fk，当两电荷之间的距离r0时，两电荷之间的库仑力F答案C解析点电荷不能理解为体积很小的带电体，也不能理解为电荷量很少的带电体.同一带电体，如要研究它与离它较近的电荷间的作用力时，就不能看成点电荷，而研究它与离它很远的电荷间的作用力时，就可以看做点电荷，带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，A、B错误，C正确.两电荷距离r0时，不能看做点电荷，库仑定律不再适用，D错误.例2甲、乙两导体球，甲球带有4.81016C的正电荷，乙球带有3.21016

6、C的负电荷，放在真空中相距为10cm的地方，甲、乙两球的半径均远小于10cm.(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？答案(1)1.381019N引力(2)5.761021N斥力(3)不能解析(1)因为两球的半径都远小于10cm，因此可以作为两个点电荷考虑.由库仑定律有Fk9.0109N1.381019N.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，每个小球的带电荷量为q

7、1q2C81017C，两个电荷之间的斥力为F15.761021N.(3)由于两球不同，分开后分配电荷的电荷量将不相等，因而无法知道电荷量的大小，也无法求出两球间的作用力.点拨：用公式计算库仑力大小时，不必将表示电荷q1、q2的带电性质的正、负号代入公式中，只将其电荷量的绝对值代入即可；力的方向再根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引加以判别.二、库仑力的叠加1.对于三个或三个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的库仑力，等于其余所有点电荷单独对它作用产生的库仑力的矢量和.2.电荷间的单独作用符合库仑定律，求各库仑力的矢量和时应用平行四边形定则.例3如图2所示，分别在A、B两点放置点电荷Q1210

8、14C和Q221014C.在AB的垂直平分线上有一点C，且ABACBC6102m.如果有一电子静止放在C点处，则它所受的库仑力的大小和方向如何？图2答案见解析解析电子带负电荷，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Fk得FAk9.0109N8.01021N，同理可得：FB8.01021N.由矢量的平行四边形定则和几何知识得静止放在C点的电子受到的库仑力FFAFB8.01021N，方向平行于AB连线由B指向A.针对训练(2018德州市期末)如图3所示，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab8cm、ac6cm、bc10cm，小球c所受库仑力合力的方向平行于

9、ab的连线斜向下.关于小球a、b的电性及所带电荷量比值的绝对值n，下列说法正确的是()图3A.同号电荷，n B.同号电荷，nC.异号电荷，n D.异号电荷，n答案D解析由题意知b37，a90，由小球c所受库仑力合力的方向知a、b带异号电荷，小球a、b对小球c的作用力如图所示.FaFbsin37由得：n，选项D正确.1.(对点电荷的理解)(多选)下列说法中正确的是()A.点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是不存在的B.点电荷就是体积和带电荷量都很小的带电体C.两带电荷量分别为Q1、Q2的球体间的作用力在任何情况下都可用公式Fk计算D.一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状

10、、大小及电荷分布对所研究问题的影响是否可以忽略不计答案AD解析点电荷是一种理想化模型，实际中并不存在.一个带电体能否看成点电荷不是看其大小，而是应具体问题具体分析，是看它的形状、大小及电荷分布对所研究问题的影响能否忽略不计，A、D对.2.(库仑定律的理解)(2018南平市检测)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.根据Fk，当两个带电体间的距离趋近于零时，库仑力将趋向无穷大C.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：真空和静止点电荷答案D解析如果带电体的形状、大小以及电

11、荷分布对所研究问题的影响可以忽略不计，则可将它看做点电荷，故A错误.两个带电体间的距离趋近于零时，带电体已经不能看成点电荷了，Fk不再适用，故B错误.根据牛顿第三定律得：B受到的静电力和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.3.(库仑定律的应用)真空中两个完全相同、带等量同种电荷的金属小球A和B(可视为点电荷)，分别固定在两处，它们之间的静电力为F.用一个不带电的同样金属球C先后与A、B球接触，然后移开球C，此时A、B球间的静电力为()A.B.C.D.答案C解析假设金属小球A、B开始时带电荷量为Q，A、B小球间距为r，则小球A、B间库仑力Fk，C与

12、A球接触分开后：QAQ，QCQ，然后C球与B球接触再分开，QBQCQ，则A、B间库仑力FkkkF.4.(库仑力的叠加)如图4所示，等边三角形ABC，边长为L，在顶点A、B处有等量同种点电荷QA、QB，QAQBQ，求在顶点C处带电荷量为QC的正点电荷所受的静电力.图4答案k，方向为与AB连线垂直向上解析正点电荷QC在C点的受力情况如图所示，QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其他电荷的存在而改变，仍然遵循库仑定律.QA对QC的作用力：FAk，沿AC的延长线方向.QB对QC的作用力：FBk，沿BC的延长线方向.因为QAQBQ，所以FAFB，则QC所受合力的大小：FFAk，方向为与AB连线垂直向

13、上.一、选择题考点一对库仑定律的理解1.(多选)对于库仑定律，下列说法正确的是()A.凡计算真空中两个静止点电荷间的相互作用力，就可以使用公式FkB.两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律C.相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等D.当两个半径为r的带电金属球中心相距为2r时，对于它们之间的作用力大小，只取决于它们各自所带的电荷量多少答案AC解析由库仑定律的应用条件可知，A选项正确；两带电小球距离非常近时，带电小球不能视为点电荷，库仑定律不再适用，故B选项错误；由牛顿第三定律可知，相互作用的两个点电荷之间的作用力总是大小相等的，故C选项正确；当带电小球

14、之间的距离较近时，不能看成点电荷，它们之间的作用力不仅跟距离有关，还跟带电体所带电荷电性及电荷量有关系，故D选项错误.2.如图1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()图1A.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答案D解析两个带电球之间存在着排斥力，故两球带同号电荷，可能都带正电，也可能都带负电，故A、B项均错；由牛顿第三定律知，两球受到的静电力大小相等，故C项错，D项对.考点二库仑定律的简单应用3.(2018东北师大附中高二期中)两个点电荷所带电荷量分别为2Q和4Q.在真空中相距为r，它们之间的静电力为F.现把它

15、们的电荷量各减小一半，距离减小为.则它们间的静电力为()A.4FB.2FC.FD.F答案A解析由库仑定律可得原来两点电荷之间的静电力为：Fkk，把它们的电荷量各减小一半，距离减小为，变化之后它们之间的静电力为：Fkk4F，故A正确，B、C、D错误.4.(2018人大附中高二期中)使两个完全相同的金属小球(均可视为点电荷)分别带上3Q和5Q的电荷后，将它们固定在相距为a的两点，它们之间库仑力的大小为F1，现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为2a的两点，它们之间库仑力的大小为F2，则F1与F2之比为()A.21B.41C.161D.601答案D解析开始时F1kk，接触后，两球都带正

16、电Q，F2kk，所以F1F2601，故D正确.考点三库仑力的叠加5.如图2所示，在一条直线上的三点分别放置QA3109C、QB4109C、QC3109C的A、B、C点电荷，则作用在点电荷A上的库仑力的大小为()图2A.9.9104N B.9.9103NC.1.17104N D.2.7104N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FBAN1.08103NFCAN9105N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FAFBAFCA(1.081039105) N9.9104N，故选项A正确.6.如图3所示，直角三角形ABC中B30，点电荷A、B所带电荷量分别为

17、QA、QB，测得在C处的某正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，则下列说法正确的是()图3A.A带正电，QAQB18B.A带负电，QAQB18C.A带正电，QAQB14D.A带负电，QAQB14答案B解析要使C处的正点电荷所受静电力方向平行于AB向左，该正点电荷所受力的情况应如图所示，所以A带负电，B带正电.设AC间的距离为L，则BC间的距离为2L.FBsin30FA，即ksin30解得，故选项B正确.二、非选择题7.(2018潍坊市期末)如图4所示，abc处在真空中，边长分别为ab5cm，bc3cm，ca4 cm.三个带电小球固定在a、b、c三点，电荷量分别为qa6.41012 C，qb2.

18、71012C，qc1.61012C.已知静电力常量k9.0109Nm2/C2，求c点小球所受库仑力的大小及方向.图4答案7.21011N，方向平行于ab连线向右解析如图所示，由几何关系知，acbc，abc为直角三角形.a、b两电荷对c球的库仑力分别为Fack5.761011NFbck4.321011N由平行四边形定则得：F7.21011N0.6，由几何关系知c点小球所受库仑力方向平行于ab连线向右.8.如图5所示，半径为R的绝缘球壳上电荷均匀分布，带电荷量为Q，另一电荷量为q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零.现在球壳上挖去半径为r(rR)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受静电力的大小为多少？方向如何？(已知静电力常量为k)图5答案由球心指向小圆孔中心解析在球壳上与小圆孔相对应的小圆面B的电荷量qQQ.根据库仑定律，它对置于球心的点电荷q的作用力大小Fkk，其方向由小圆孔中心指向球心，根据力的合成可知，剩余球壳对置于球心的点电荷的作用力，即此时置于球心的点电荷所受的静电力FF，方向由球心指向小圆孔中心.