2018年高中物理 第一章 靜電場 1.2 庫侖定律的適用條件學(xué)案 新人教版選修3-1.doc

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庫侖定律的適用條件一、考點(diǎn)突破：知識點(diǎn)考綱要求題型說明庫侖定律的適用條件 1. 掌握庫侖定律的內(nèi)容及表達(dá)式；2. 理解庫侖定律的適用條件；3. 會根據(jù)庫侖定律計(jì)算點(diǎn)電荷之間的庫侖力。選擇題計(jì)算題庫侖定律是高中階段重要的平方反比定律，是靜電力計(jì)算的基本公式，通常在力的平衡知識中進(jìn)行考查，屬于高頻考點(diǎn)，命題形式為選擇題或計(jì)算題。二、重難點(diǎn)提示： 重點(diǎn)：1. 庫侖定律的內(nèi)容及表達(dá)式； 2. 點(diǎn)電荷之間的庫侖力。難點(diǎn)：庫侖定律的適用條件。一、點(diǎn)電荷概念：當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，以至帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時(shí)，這樣的帶電體就可以看做帶電的點(diǎn)，叫做點(diǎn)電荷。二、庫侖定律1. 內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。2. 表達(dá)式：Fk，式中k9.0109 Nm2/C2，叫作靜電力常量。 3. 適用條件：真空中的點(diǎn)電荷。（1）在空氣中，兩個(gè)點(diǎn)電荷的作用力近似等于真空中的情況，可以直接應(yīng)用公式。（2）當(dāng)兩個(gè)帶電體的間距遠(yuǎn)大于其本身的大小時(shí)，可以把帶電體看成點(diǎn)電荷。三、對庫侖定律的理解和應(yīng)用1. 電荷的分配規(guī)律（1）兩個(gè)相同的導(dǎo)體球，一個(gè)帶電，一個(gè)不帶電，接觸后電荷量平分。（2）兩個(gè)相同導(dǎo)體球帶同種電荷，先接觸再分離，則其電荷量平分。（3）兩個(gè)相同導(dǎo)體球帶異種電荷，先接觸再分離，則其電荷量先中和再平分。2. 對庫侖定律的深入理解（1）Fk，r指兩點(diǎn)電荷間的距離。對可視為點(diǎn)電荷的兩個(gè)均勻帶電球，r為兩球心間距。（2）當(dāng)兩個(gè)電荷間的距離r0時(shí)，電荷不能視為點(diǎn)電荷，它們之間的靜電力不能認(rèn)為趨于無限大。（3）用公式計(jì)算式庫侖力時(shí)電荷量均代絕對值，方向根據(jù)同斥異吸判斷。例題1 使兩個(gè)完全相同的金屬小球（均可視為點(diǎn)電荷）分別帶上3Q和5Q的電荷后，將它們固定在相距為a的兩點(diǎn)，它們之間庫侖力的大小為F1.現(xiàn)用絕緣工具使兩小球相互接觸后，再將它們固定在相距為2a的兩點(diǎn)，它們之間庫侖力的大小為F2.則F1與F2之比為（）A. 21 B. 41 C. 161 D. 601思路分析：兩個(gè)完全相同的金屬小球相互接觸并分開后，帶電荷量均變?yōu)镼，距離變?yōu)樵瓉淼膬杀?，根?jù)庫侖定律可知選項(xiàng)D正確。答案：D例題2 如圖所示，一個(gè)均勻的帶電圓環(huán)，帶電荷量為Q，半徑為R，放在絕緣水平桌面上。圓心為O點(diǎn)，過O點(diǎn)作一豎直線，在此線上取一點(diǎn)A，使A到O點(diǎn)的距離為R，在A點(diǎn)放一檢驗(yàn)電荷q，則q在A點(diǎn)所受的庫侖力為（）A. ，方向向上B. ，方向向上C. ，方向水平向左 D. 不能確定思路分析：先把帶電圓環(huán)分成若干個(gè)小部分，每一小部分可視為一個(gè)點(diǎn)電荷，各點(diǎn)電荷對檢驗(yàn)電荷的庫侖力在水平方向上相互抵消，豎直方向上的電場力大小為，方向向上，故選B. 答案：B例題3 兩根絕緣細(xì)線分別系住a、b兩個(gè)帶電小球，并懸掛在O點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)小球靜止時(shí)，它們處在同一水平面上，兩細(xì)線與豎直方向間的夾角分別為、，如圖所示?，F(xiàn)將兩細(xì)線同時(shí)剪斷，則（）A. 兩球都做勻變速運(yùn)動(dòng)B. 兩球下落時(shí)間相同C. 落地時(shí)兩球水平位移相同D. a球落地時(shí)的速度小于b球落地時(shí)的速度思路分析：當(dāng)兩小球靜止時(shí)，設(shè)兩球之間的庫侖力大小為F，則有Fmagtan mbgtan ，因?yàn)閙b.將兩細(xì)線同時(shí)剪斷后，兩球在豎直方向都做自由落體運(yùn)動(dòng)，下落時(shí)間相同，B正確。水平方向，庫侖力逐漸變小，兩球在庫侖力作用下做變加速直線運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤。由a可知，加速度aaab，所以兩球落地時(shí)水平位移xaxb，落地速度vavb，C錯(cuò)誤，D正確。答案：BD【方法提煉】割補(bǔ)法解決帶電體的電場力問題在應(yīng)用庫侖定律解題時(shí)，由于其適用條件是點(diǎn)電荷，所以造成了一些非點(diǎn)電荷（即帶電體）問題中的求解困難，對于環(huán)形或球形缺口問題用“割補(bǔ)法”分析非常有效。滿分訓(xùn)練：如圖所示，一半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電量為+Q的電荷，另一電荷量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O上，現(xiàn)在球殼上N處挖去半徑為r（rR）的一個(gè)小圓孔，則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為_（已知靜電力常量為k），方向?yàn)開.思路分析：根據(jù)對稱性，未挖去前q所受合力為零，可以把球面看成兩部分，即：挖去的小平面和剩余部分，兩部分對q的合力為零，挖去部分可以看成點(diǎn)電荷，電荷量為，對q的庫侖力為由受力平衡可得：剩余部分對q的作用力，方向沿ON方向。答案： 沿ON方向