1.2探究静电力 学案(2020年粤教版高中物理选修3-1)
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1、第二节第二节 探究静电力探究静电力 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:1.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.2.了 解库仑扭秤实验,体会实验的巧妙之处 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、点电荷 1定义:可以抽象成一个几何点的带电体 2特点 (1)本身的大小比它到其他带电体的距离小得多 (2)研究它与其他带电体的相互作用时,可以忽略电荷在带电体上的具体分布情况 (3)点电荷是一种理想化的物理模型,和力学
2、中的质点模型一样,是一种科学的抽象 3理想化模型:当研究对象受多个因素影响时,在一定条件下人们可以抓住主要因素,忽略 次要因素,将研究对象抽象为理想模型,从而使问题的处理大为简化 二、库仑定律 1探究影响静电力大小的因素: (1)图 1 中,A 为一固定的导体小球,B、C 为相同的轻质导体小球 图 1 (2)实验原理: 轻质小球的偏角大小反映静电力的大小 研究静电力与距离和电荷量的关系,要采用控制变量法 (3)实验探究: 使小球 A、B、C 带同种电荷且 qBqC,使 rACrAB,观察到小球 B 的偏角大于(选填“大 于”“小于”或“等于”)小球 C 的偏角 结论:q 一定时,r 越大,F
3、越小;r 越小,F 越大 使 A、B 球带同种电荷,C 球不带电,且保持 rAB一定,让 C 球与 B 球接触后再移走 C 球, 观察到 B 的偏角变小 结论:r 一定时,q 越小,F 越小 总结:静电力 F 的大小与带电体的电荷量 q 及带电体间的距离 r 都有关q 越大,r 越小, 则 F 越大;反之则 F 越小 2库仑定律: (1)内容:在真空中两个点电荷之间的作用力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们间的距 离的二次方成反比作用力的方向在它们的连线上 (2)公式:Fkq1q2 r2 其中 k9.0109 N m2/C2,叫静电力常量 (3)适用条件:真空中;点电荷 1判断下列说法的正误
4、 (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 1 4 一、库仑定律的理解与应用 1点电荷 (1)点电荷是只有电荷量,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
5、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 (4)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 例 1 下列说法中正确的是( ) A点电荷就是体积小的带电体 B带电荷量少的带电体
6、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 Fkq1q2 r2 , 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,就可以看成点电荷,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 4.810 16 C 的正电荷, 乙球带有
7、 3.21016 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? 答案 (1)1.3810 19 N 引力 (2)5.761021 N 斥力 (3)不能 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|q1q2| r2 9.01094.810 163.21016 0.12 N1.38
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