高中物理《库仑定律》微课精讲+知识点+教案课件+习题.pdf

知识点：1真空中两个静止点电荷间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟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库仑定律的公式 F=k12/r2，F 叫库仑力或静电力，也叫电场力，F 可以是引力也可以是斥力，K 叫静电力常量，公式中各量均取国际单位时，其数值为9.0 x109，单位为 Nm2C2 3库仑定律适用于点电荷，如果点电荷不止两个，则某点电荷所受的总的作用力应是各点电荷对它作用力的矢量和 4不能单纯地从数学意义上去考虑，以为 r0 时，由F=k12/r2便可得到 F 为无穷大了，事实上，当r0 时，带电体便不能看作点电荷，公式也不再适用了 考点：【基础回顾】考点一 静电现象及电荷守恒定律 1使物体带电的三种方法及其实质 摩擦起电、感应起电和接触带电是使物体带电的三种方法，它们的实质都是电荷的转移而实现电荷转移的动力是同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引 2验电器与静电计的结构与原理 玻璃瓶内有两片金属箔，用金属丝挂在一根导体棒的下端，棒的上端通过瓶塞从瓶口伸出如果把金属箔换成指针，并用金属做外壳，这样的验电器又叫静电计注意金属外壳与导体棒之间是绝缘的不管是静电计的指针还是验电器的箔片，它们张开角度的原因都是同种电荷相互排斥的结果 考点二 库仑定律的理解及其应用 库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷点电荷是一种理想化的物理模型，当带电体间的距离远大于带电体的自身大小时，可以视其为点电荷而适用库仑定律，否则不能适用 【技能方法】1.对物体带电的理解 （1）使物体带电有三种方式 （2）库仑电荷分配法接触共有分半 两个完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后平分 2.电荷量、元电荷、点电荷和检验电荷的区别 电荷量是物体带电荷的多少，电荷量只能是元电荷的整数倍；元电荷是电荷量为 1.61019C 的电荷，不是电子也不是质子，而是最小的电荷量，电子和质子带最小的电荷量；点电荷要求“线度远小于研究范围的空间尺度”，是一种理想化物体模型，对其带电荷量无限制；检验电荷是用来研究电场的电荷，要求放入电场后对原来的电场不产生影响，故应为带电荷量足够小的点电荷 3.处理点电荷的平衡问题及动力学问题的方法 （1）确定研究对象如果有几个物体相互作用时，要依据题意，适当选取“整体法”或“隔离法”；（2）对研究对象进行受力分析，多了库仑力 （3）列平衡方程（F合0 或 Fx0，Fy0）4.库仑定律应用应注意的问题 （1）在审题过程中，不但要了解题目所描述的是什么物理现象，物理过程如何，求解什么问题，更重要的是要对题目文字和图象的关键之处仔细领会，从中获取有效信息，即所谓要挖掘题目中的隐含条件对有些物理问题，能否快速正确地挖掘隐含条件可成为解题的关键 （2）三个自由点电荷仅在它们系统的静电力作用下处于平衡状态时，满足的规律是：“三点共线”三个点电荷分布在同一直线上；“两同夹异”正负电荷相互间隔；“两大夹小”中间电荷的电荷量最小；“近小远大”中间电荷靠近电荷量较小的电荷。（3）库仑力参与下的共点力平衡问题：分析方法与力学问题相同，只是多了一个库仑力而己，可以用正交分解法，也可以用矢量三角形法 （4）有库仑力参与的动力学问题与牛顿运动定律中的动力学问题本质上是相同的（如两个点电荷间的库仑力满足牛顿第三定律），值得注意的两点是：（1）列方程时，注意库仑力的方向，（2）若库仑力总与速度方向垂直，库仑力不做功 【基础达标】1下列实验中准确测定元电荷电量的实验是：（）A.库仑扭秤实验 B.密立根油滴实验 C.用 DIS 描绘电场的等势线实验 D.奥斯特电流磁效应实验 【答案】B 【解析】对于物理中的重要事件、规律的得出要了解其发展历史，明确重要科学家伽利略、牛顿、法拉第、奥斯特等的主要贡献，培养自己的科学素养和科学品质 密立根通过油滴实验，测出了电子电荷量的精确数值，任何物体带电量的数值都是元电荷电量的整数倍 2（多选）两个半径为 R 的金属球所带电荷量分别为+Q1和+Q2，当两球心相距为 r 时，相互作用的库仑力大小不正确的是：（）A.B.C.D.无法确定 【答案】BD 【解析】当两球心相距 r 远大于 R 时，两球可以看做点电荷，故两球之间的库仑力为：；而当两球心相距 r 不是远大于 R时，两球不能看成点电荷，因带同种电荷，导致电量间距大于 r，根据库仑定律可知，它们相互作用的库仑力大小，故AC 正确，BD 错误此题选不正确的，故选：BD 3两个相同的金属小球（可看作点电荷），带有同种电荷，且电量之比为 17，在真空中相距为 r，两者相互接触后再放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能是原来的（）A7 B.3/7 C.9/7 D.16/7 【答案】D 【解析】接触前，根据库仑定律可得，接触后，根据平均分配原则，两小球带电量为|4q|，所以接触后库仑力为，选项 D 正确。4（多选）如图所示，光滑绝缘水平面上有三个带电小球 a、b、c（均可视为点电荷），三球沿一条直线摆放，仅在它们之间的静电力作用下处于静止状态，则以下判断正确的是：（）Aa 对 b 的静电力一定是引力 Ba 对 b 的静电力可能是斥力 Ca 的电荷量可能比 b 的少 Da 的电荷量一定比 的多 【答案】AD 【解析】根据电场力方向来确定各自电性，从而得出“两同夹一异”，因此 A 正确，B 错误同时根据库仑定律来确定电场力的大小，并由平衡条件来确定各自电量的大小，因此在大小上一定为“两大夹一小”故 D 正确，C 错误，故选：AD 5用两根长度均为 L 的绝缘细线各系一个小球，并悬挂于同一点。已知两小球质量均为 m，当它们带上等量同种电荷时，两细线与竖直方向的夹角均为，如图所示。若已知静电力常量为 k，重力加速度为 g。求：（1）画出左边小球的受力分析图；（2）小球受绝缘细线拉力的大小；（3）小球所带的电荷量。【答案】（1）略（2）（3）【解析】（1）对小球进行受力分析，如图所示。（2）设绳子对小球的拉力为 T，（3）设小球受到的库仑力为 F，则 解得：【能力提升】1水平面上 A、B、C 三点固定着三个电荷量均为 Q 的正点电荷，将另一质量为 m 的带正电的小球（可视为点电荷）放置在 O 点，OABC 恰构成一棱长为 L 的正四面体，如图所示。已知静电力常量为 k，重力加速度为 g，为使小球能静止在 O 点，小球所带的电荷量为（）A B C D 【答案】A 【解析】由库仑定律固定的每个正点电荷作用于小球的静电力为，设力 F 与竖直方向的夹角为，由几何知识可求出，每个力 F 在竖直方向的分力之和与带电小球的重力平衡，即3Fcos=mg，又，几式联解得，故只有 A 项正确。2在光滑绝缘的水平地面上放置着四个相同的金属小球,小球A、B、C 位于等边三角形的三个顶点上,小球 D 位于三角形的中心,如图所示现让小球 A、B、C 带等量的正电荷 Q,让小球 D 带负电荷 q,使四个小球均处于静止状态,则 Q 与 q 的比值为（）A.B.C.3 D.【答案】D 【解析】以 A、B、C 三个中的一个为研究对象，如以 B 为研究对象有：受到 A、C 的斥力作用，同时受到 D 点点电荷的引力作用，设三角形边长为 L，根据受力平衡得：，其中，所以解得：，故 ABC 错误，D 正确。3两个完全相同的金属小球 A、B，球 A 所带电荷量为4Q，球 B 不带电现将球 B 与球 A 接触后，移到与球 A 相距为 d 处（d 远远大于小球半径）。已知静电力常量为 k，则此时两球 A、B 之间相互作用的库仑力大小是（）A B C D 【答案】D 【解析】将球 B 与球 A 接触后，A、B 两球分别带电量+2Q，则当把 B 移到与球 A 相距为 d 处时，两球 A、B 之间相互作用的库仑力大小是，选项 D 正确。4 有两个完全一样的金属小球 A、B（均可视为点电荷），带电量 QA=210-9C，QB=-310-9C，固定于相距为 r 的两点上，作用力为 F，用一带绝缘柄的不带电的并与 A、B 等大的金属球 C 去接触 A，再同 B 接触，最后移去 C，则 A、B间的作用力大小变为：（）A.B.C.D.【答案】D 【解析】在接触前，根据库仑定律可得两电荷之间的库仑力大小为 ，用一带绝缘柄的不带电的并与A、B 等大的金属球 C 去接触 A 后，QA=110-9C,QB=-110-9C，故两电荷之间的库仑力变为，故 D 正确 5如图所示，ABCD 竖直放置的光滑绝缘细管道，其中 AB部分是半径为 R 的 1/4 圆弧形管道，BCD 部分是固定的水平管道，两部分管道恰好相切于 B。水平面内的 M、N、B 三点连线构成边长为 L 等边三角形，MN 连线过 C 点且垂直于BCD。两个带等量异种电荷的点电荷分别固定在 M、N 两点，电荷量分别为+Q 和-Q。现把质量为、电荷量为+q 的小球（小球直径略小于管道内径，小球可视为点电荷），由管道的 A 处静止释放，已知静电力常量为 K，重力加速度为。求：（1）小球运动到 B 处时受到电场力的大小；（2）小球运动到 C 处时的速度大小；（3）小球运动到圆弧最低点 B 处时，小球对管道压力的大小。【答案】（1）（2）（3）【解析】（1）设小球在圆弧形管道最低点 B 处分别受到+Q 和-Q 的库仑力分别为 F1和 F2。则 小球沿水平方向受到的电场力为 F1 和 F2 的合力 F,由平行四边形定则得 F=2F1cos60 联立得 （2）管道所在的竖直平面是+Q 和-Q 形成的合电场的一个等势面，小球在管道中运动时，小球受到的电场力和管道对它的弹力都不做功，只有重力对小球做功，小球的机械能守恒，有 解得 （3）设在 B 点管道对小球沿竖直方向的压力的分力为，在竖直方向对小球应用牛顿第二定律得 vB=vC 联立解得 NBy=3mg 设在 B 点管道对小球在水平方向的压力的分力为 NBx，则 圆弧形管道最低点 B 处对小球的压力大小为 由牛顿第三定律可得小球对圆弧管道最低点 B 的压力大小为：【终极闯关】1【2015安徽15】由库仑定律可知，真空中两个静止的点电荷，带电荷量分别为 q1和 q2。其间距离为 r 时，它们之间相互作用力的大小为，式中 k 为静电力常量。若用国际单位制的基本单位表示，k 的单位应为（）AkgA2m3 BkgA-2m3s-4 Ckgm2C-2 DNm2A-2 【答案】B 【解析】由可得单位为，故选B。2【2015江苏2】静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载春秋纬 考异邮中有玳瑁吸衣若之说，但下列不属于静电现象的是：（）A梳过头发的塑料梳子吸起纸屑 B带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引 C小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流 D从干燥的地毯走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉 【答案】C 【解析】梳过头发的塑料梳子吸起纸屑，是因为梳子与头发摩擦起电，静电吸引轻小物体，故 A 属于静电现象，所以 A 错误；带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引，是因为先感应起电，然后静电作用力，故 B 错误；小线圈接近通电线圈过程中，消息安全中产生感应电流是电磁感应现象，不是静电现象，所以 C 正确；从干燥的地毯走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉，是因为摩擦起电，所以 D 错误。3【2014广东卷】（多选）如图所示，光滑绝缘的水平桌面上，固定着一个带电荷量为+Q 的小球 P。带电荷量分别为-q 和+2q 的小球 M 和 N。由绝缘细杆相连，静止在桌面上。P 与 M 相距 L，P、M 和 N 视为点电荷。下列说法正确的是：（）A.M 与 N 的距离大于 L B.P、M 和 N 在同一直线上 C.在 P 产生的电场中，M、N 处的电势相同 D.M、N 及细杆组成的系统所受合外力为零 【答案】BD 【解析】由于 MN 处于静止状态，则 MN 合力为 0，即FPM=FPN，即，则有，那么 MN 间距离约为 0.4L，故选项 A错误；由于 MN 静止不动，P 对 M 和对 N 的力应该在一条直线上，故选项 B 正确；在 P 产生电场中，M 点电势较高，故选项 C 错误；由于 MN 静止不动，则 M、N 和杆组成的系统合外力为 0，故选项 D 正确。4【2014浙江卷】（多选）如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为。一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球 A，细线与斜面平行。小球 A 的质量为 m、电量为 q。小球 A 的右侧固定放置带等量同种电荷的小球 B，两球心的高度相同、间距为 d。静电力常量为 k，重力加速度为 g，两带电小球可视为点电荷。小球 A 静止在斜面上，则：（）A.小球 A 与 B 之间库仑力的大小为 B.当时，细线上的拉力为 0 C.当时，细线上的拉力为 0 D.当时，斜面对小球 A 的支持力为 0 【答案】AC 【解析】【试题分析】由题意知，根据库伦定律可求小球 A 与 B之间库仑力的大小为，故 A 正确；以小球 A 为研究对象受力分析如图：根据物体的平衡条件可求当 mg、Fc、FN 三力的合力等于零时，即时，细线上的拉力为 0，所以 B 错误；C 正确；由平衡条件知，小球 A 受弹力不可能为零，所以 D 错误。5（2013北京卷）某原子电离后其核外只有一个电子，若该电子在核的静电力作用下绕核做匀速圆周运动，那么电子运动：（）A.半径越大，加速度越大 B.半径越小，周期越大 C.半径越大，角速度越小 D.半径越小，线速度越小 【答案】C 【解析】根据题意，库仑力提供核外电子的向心力，即，C 正确。练习：1.两个点电荷放在真空中保持-定距离，若其中一个点电荷的电荷量增加了，但仍然保持它们之间的相互作用力不变,则另一个电荷的电荷量减少了()A.1/5 B.1/4 C.1/3 D.1/2 2.下列关于点电荷的说法中，正确的是（）A.体积大的带电体一定不是点电荷 B.当两个带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看做点电荷 C.点电荷就是体积足够小的电荷 D.点电荷是电荷量和体积都很小的带电体 3.如图所示，把质量为 0.2g 的带电小球 A 用丝线吊起，若将带电量为 4X10-8C 的小球 B 靠近它，当两小球在同一高度相距 3cm 时，丝线.与竖直夹角为 45，此时小球 B 受到的库仑力 F 多大，小球 A 带的电量 q为多少.(k=9.0X109N.m2/C)分析:根据对 A 球的受力平衡求出 A 球所受的库仑力，从而得出小球 B 所受的库仑力，根据库仑定律求出小球A 所带的电量.答案解析：1.两个点电荷间的距离不变，其中一个电荷量增加了1/2，则电荷量变为原来的 3/2，根据库仑定律的数学表达式 F=kQ1Q2/r 可知，若保持相互作用力不变，则应让另一个电荷的电荷量变为原来的 2/3 即减少了 1/3.所以选项 C 正确.2.带电体能否看成点电荷，不能以体积大小、电荷量多少而论，故 A、C、D 错.一个带电体能否看成点电荷，要依具体情况而定，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状、大小等因素的影响可以忽略，即可视为点电荷，故 B 正确.3.A 球受重力、拉力和库仑力处于平衡，根据共点力平衡得，A 球所受的库仑力 FA=mAg=210-3N,B 球受到的库仑力 F=FA=mAg=210-3N.根据库仑定律F=kq1q2/r，代入数据得，q2=510-9C.课件：教案：