《庫(kù)侖定律（第一課時(shí)）》一、問(wèn)題的提出1.影響帶電體間相互作用力的因素有哪些？想一想？q1q2+P1C+FF電荷量？q1？q2

？2.怎樣簡(jiǎn)化這些因素，方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究？思考距離r?介質(zhì)？大小形狀？電荷分布？一、問(wèn)題的提出1.影響帶電體間相互作用力的因素有哪些？電荷量？q1？q2

？

2.怎樣簡(jiǎn)化這些因素，方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究？距離r?介質(zhì)？大小形狀？電荷分布？一、問(wèn)題的提出1.影響帶電體間相互作用力的因素有哪些？分析√√真空能忽略其影響嗎？qqL=30rrr帶電體自身的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離大小形狀電荷分布qqqqL=3rrr++++--------++++點(diǎn)電荷建構(gòu)模型一、問(wèn)題的提出2.怎樣簡(jiǎn)化這些因素，方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究？電荷量（q1和q2）距離r1.定性研究實(shí)驗(yàn)探究方法控制變量法

研究：（1）電荷量q不變，改變距離（2）距離r不變，改變電荷量q1q2+P1C+二、實(shí)驗(yàn)探究A1.定性研究二、實(shí)驗(yàn)探究A+演示實(shí)驗(yàn)1q1q2+P3P2P1C+結(jié)論（1）電荷量q保持不變，距離r增大，F(xiàn)減小。（2）距離r保持不變，電荷量q增大，F(xiàn)增大。1.定性研究q1q2+P1C+P2P3二、實(shí)驗(yàn)探究A2.定量實(shí)驗(yàn)——研究的歷程二、實(shí)驗(yàn)探究普利斯特利富蘭克林庫(kù)侖卡文迪什富蘭克林注意到一個(gè)使他不解的現(xiàn)象……普利斯特利通過(guò)類比，認(rèn)為電力與萬(wàn)有引力具有一樣的特性。卡文迪什也得出同樣的結(jié)論。庫(kù)侖通過(guò)直接測(cè)量，尋找電力規(guī)律。2.定量實(shí)驗(yàn)——研究的歷程卡文迪什扭秤實(shí)驗(yàn)遇到困難電荷量無(wú)法直接測(cè)量距離不便測(cè)量微小力不易測(cè)量2.定量實(shí)驗(yàn)——庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)探究庫(kù)侖做實(shí)驗(yàn)的裝置—庫(kù)侖扭秤二、實(shí)驗(yàn)探究平分電荷量放大微小力等倍改變距離2.定量實(shí)驗(yàn)——庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)C突破方法細(xì)銀絲平面鏡平衡小球B帶電小球C帶電小球A二、實(shí)驗(yàn)探究2.定量實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置A電子秤B游標(biāo)卡尺突破方法力的測(cè)量由間接改進(jìn)為直接、更精密儀器測(cè)量平分電荷量游標(biāo)卡尺測(cè)距二、實(shí)驗(yàn)探究2.定量實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)（1）電荷量q不變，探究作用力F與距離r的關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究：演示實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖像：作用力F與距離r的關(guān)系r/cm10.009.008.007.006.005.00M/g0.0090.0100.0130.0180.0240.033r2/10-2m21.0000.8100.6400.4900.3600.250F/10-4N0.880.981.271.762.353.23實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖像：作用力F與距離r2

的關(guān)系r2/10-2m21.0000.8100.6400.4900.3600.250F/10-4N0.880.981.271.762.353.23想一想？坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：r2

1/r2在誤差允許的范圍內(nèi)，電荷間相互作用力與兩帶電體間距離的平方成反比。實(shí)驗(yàn)探究：（2）距離r不變，探究作用力F與電荷量q的關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)3在誤差允許的范圍內(nèi)，電荷間相互作用力與兩帶電體電荷量乘積成正比。實(shí)驗(yàn)探究：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）電荷之間的作用力F與距離r的二次方成反比；（2）電荷之間的作用力F與q1和q2的乘積成正比；2.定量實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)二、實(shí)驗(yàn)探究小結(jié)想一想？研究了什么問(wèn)題？采用哪些方法進(jìn)行研究？得出了什么結(jié)論？探究一對(duì)“點(diǎn)電荷”的理解【情境導(dǎo)引】某次物理課上,甲、乙兩位同學(xué)探討點(diǎn)電荷的對(duì)話如下:甲:“由于帶電體A的體積很小,故它一定是點(diǎn)電荷。”乙:“由于帶電體B的帶電荷量很小,故它一定是點(diǎn)電荷?！?1)甲、乙兩位同學(xué)的觀點(diǎn),你認(rèn)為誰(shuí)的正確?為什么?(2)什么是點(diǎn)電荷?現(xiàn)實(shí)中有點(diǎn)電荷嗎?要點(diǎn)提示

(1)甲、乙同學(xué)的觀點(diǎn)都不正確,一個(gè)帶電體能否看作點(diǎn)電荷,不能只看它的體積大小,也不能只看它的帶電荷量多少。(2)點(diǎn)電荷是一種理想模型,它是不計(jì)大小的帶電體,現(xiàn)實(shí)中顯然不存在。【知識(shí)歸納】1.特點(diǎn):點(diǎn)電荷是只有電荷量,沒(méi)有大小、形狀的理想化模型,類似于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),實(shí)際上并不存在。2.條件:帶電體能否看成點(diǎn)電荷視具體問(wèn)題而定,不能單憑它的大小和形狀下結(jié)論。如果帶電體的大小比帶電體間的距離小得多,則帶電體的大小及形狀就可以忽略,此時(shí)帶電體就可以看成點(diǎn)電荷。要點(diǎn)筆記

如果帶電體間的距離比它們自身的大小大得多,就可以忽略形狀、大小等次要因素,只保留對(duì)問(wèn)題有關(guān)鍵作用的電荷量這一主要因素,這樣處理會(huì)使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化,對(duì)結(jié)果又沒(méi)有太大的影響,這是物理學(xué)上經(jīng)常用到的方法?！镜淅痉丁坷?

下列關(guān)于點(diǎn)電荷的說(shuō)法正確的是(

)A.任何帶電球體,都可看成電荷全部集中于球心的點(diǎn)電荷B.體積很大的帶電體一定不能看成點(diǎn)電荷C.當(dāng)兩個(gè)帶電體的大小遠(yuǎn)小于它們之間的距離時(shí),可將這兩個(gè)帶電體看成點(diǎn)電荷D.一切帶電體都可以看成點(diǎn)電荷答案

C解析

能否把一個(gè)帶電體看作點(diǎn)電荷,不能以它的大小而論,應(yīng)該根據(jù)具體情況而定,若它的大小和形狀以及電荷分布狀況可不予考慮,就可以將其看成點(diǎn)電荷。故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確。變式訓(xùn)練1(多選)關(guān)于點(diǎn)電荷,下列說(shuō)法正確的是(

)A.點(diǎn)電荷是電荷量和體積都很小的帶電體B.點(diǎn)電荷是一種理想模型C.點(diǎn)電荷的最小帶電荷量等于元電荷D.球形帶電體都可以看作點(diǎn)電荷答案

BC解析

點(diǎn)電荷是一種物理模型,實(shí)際中并不存在,選項(xiàng)B正確;一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷,不是看它是否很小,而是看它的大小和形狀以及電荷分布狀況對(duì)所研究的問(wèn)題的影響是否可以忽略不計(jì),若可以忽略不計(jì),則它就可以看作點(diǎn)電荷,否則就不能看作點(diǎn)電荷,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;所有帶電體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍,選項(xiàng)C正確。探究二庫(kù)侖定律的理解和應(yīng)用【情境導(dǎo)引】原子結(jié)構(gòu)模型示意圖如圖所示。該模型中,電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng),就像地球的衛(wèi)星一樣。觀察圖片,思考:電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由原子核對(duì)電子的萬(wàn)有引力提供的嗎?要點(diǎn)提示

原子核對(duì)電子的庫(kù)侖力提供了向心力,兩者間的萬(wàn)有引力要比庫(kù)侖力小得多,完全可以忽略不計(jì)?！局R(shí)歸納】1.靜電力的確定(1)大小:利用庫(kù)侖定律計(jì)算靜電力時(shí)不必將表示電性的正、負(fù)號(hào)代入公式,只代入q1和q2的絕對(duì)值即可。(2)方向:利用同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引來(lái)判斷。2.兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律不論電荷量大小如何,兩點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力大小總是相等的。3.庫(kù)侖定律的適用范圍(1)庫(kù)侖定律只適用于能看成點(diǎn)電荷的帶電體之間的相互作用。(2)兩個(gè)形狀規(guī)則的均勻球體相距較遠(yuǎn)時(shí)可以看作點(diǎn)電荷;相距較近時(shí)不能看作點(diǎn)電荷,此時(shí)球體間的作用力會(huì)隨著電荷的分布而變化。【典例示范】例2有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬球A、B,分別帶有電荷量QA=8×10-9C,QB=-3.2×10-9C。問(wèn):(1)讓兩絕緣金屬球接觸后,A、B所帶電荷量各是多少?此過(guò)程中電荷發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移了多少?(2)A、B兩球接觸前固定好,讓第三個(gè)與它們相同的不帶電小球C反復(fù)與A、B接觸,最終A、B兩球的電荷量和電性如何?答案

(1)均為2.4×10-9C

電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球,轉(zhuǎn)移的電荷量為5.6×10-9C

(2)均為1.6×10-9C

均帶正電解析

(1)兩金屬球接觸時(shí),電荷量少的負(fù)電荷先被中和,剩余的正電荷再重新分配,即接觸后兩小球的電荷量在接觸過(guò)程中,電子由B球轉(zhuǎn)移到A球,自身的“凈”電荷全部中和后,繼續(xù)轉(zhuǎn)移,直至其帶QB'的正電荷,這樣,共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為ΔQ=QB'-QB=2.4×10-9

C-(-3.2×10-9

C)=5.6×10-9

C。(2)由于三球完全相同,反復(fù)接觸后三球最終電荷量相同,均分中和后的電荷量,故A、B均帶正電,電荷量為規(guī)律方法

接觸起電時(shí)電荷量的分配規(guī)律1.導(dǎo)體接觸起電時(shí)電荷量的分配與導(dǎo)體的形狀、大小有關(guān)。2.當(dāng)兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后,電荷量將平均分配。(1)若兩個(gè)球原先帶同種電荷,則電荷量相加后均分;(2)若兩個(gè)球原先帶異種電荷,則電荷量先中和再均分。例3(多選)兩個(gè)用相同材料制成的半徑相等的帶電金屬小球,相距很遠(yuǎn)放置,其中一個(gè)球帶的電荷量是另一個(gè)的5倍,它們之間的庫(kù)侖力大小是F?，F(xiàn)將兩球接觸后再放回原處,它們之間的庫(kù)侖力大小可能為(

)答案

BD規(guī)律方法

對(duì)于庫(kù)侖定律和電荷守恒定律綜合應(yīng)用的問(wèn)題,有時(shí)需要考慮兩電荷之間的作用力是引力還是斥力,或者說(shuō)要考慮兩電荷是同號(hào)還是異號(hào)。變式訓(xùn)練2有三個(gè)完全相同的金屬小球A、B、C,A所帶電荷量為+7Q,B所帶電荷量為-Q,C不帶電。將A、B固定起來(lái),然后讓C反復(fù)與A、B接觸,最后移去C,A、B間的相互作用力變?yōu)樵瓉?lái)的(

)答案

C探究三靜電力的疊加【情境導(dǎo)引】如圖所示,真空中有三個(gè)點(diǎn)電荷A、B、C,它們固定在邊長(zhǎng)為a的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,電荷量都是Q,則電荷C所受的靜電力方向向哪?要點(diǎn)提示

以C為研究對(duì)象,共受到F1和F2的作用,相互間的距離都相同。故F1=F2。根據(jù)平行四邊形定則,合靜電力的方向沿A與B連線的垂直平分線斜向下?！局R(shí)歸納】1.真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間相互作用力的大小只跟這兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量及間距有關(guān),跟它們的周圍是否存在其他電荷無(wú)關(guān)。2.若空間存在多個(gè)點(diǎn)電荷,某點(diǎn)電荷受到的作用力等于其他點(diǎn)電荷單獨(dú)對(duì)這個(gè)點(diǎn)電荷的作用力的矢量和。要點(diǎn)筆記

靜電力是一種性質(zhì)力,遵守力的所有規(guī)律?！镜淅痉丁坷?如圖所示,在A、B兩點(diǎn)分別放置點(diǎn)電荷Q1=+2×10-14C和Q2=-2×10-14C,在AB的垂直平分線上有一點(diǎn)C,且AB=AC=BC=6×10-2m。如果有一個(gè)電子在C點(diǎn),它所受到的靜電力的大小和方向如何?答案

8.0×10-21N,方向平行于AB向左

解析

電子在C點(diǎn)同時(shí)受A、B點(diǎn)的兩點(diǎn)電荷對(duì)它的靜電力FA、FB作用,如圖所示,由庫(kù)侖定律得

=8.0×10-21

N。由平行四邊形定則和幾何知識(shí)得:在C點(diǎn)的電子受到的靜電力F=FA=FB=8.0×10-21

N,方向平行于AB向左。規(guī)律方法

當(dāng)多個(gè)帶電體同時(shí)存在時(shí),每?jī)蓚€(gè)帶電體間的靜電力都遵守庫(kù)侖定律。某一帶電體同時(shí)受到多個(gè)靜電力作用時(shí)可利用力的平行四邊形定則求出其合力。這就是靜電力的疊加原理。變式訓(xùn)練3如圖所示,等邊三角形ABC,邊長(zhǎng)為L(zhǎng),在頂點(diǎn)A、B處有等量同種正點(diǎn)電荷QA、QB,QA=QB=Q,求在頂點(diǎn)C處的正點(diǎn)電荷QC(QC已知)所受的靜電力大小。解析

正點(diǎn)電荷QC在C點(diǎn)的受力情況如圖所示,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(kù)侖定律。拓展探究非點(diǎn)電荷間的靜電力求法【典例示范】例5如圖所示,一個(gè)半徑為R的絕緣圓環(huán)均勻帶電,ab為一極小的缺口,缺口長(zhǎng)為L(zhǎng)(L?R),圓環(huán)的帶電荷量為Q(正電荷),在圓心O處放置一帶電荷量為q的負(fù)點(diǎn)電荷,試求負(fù)點(diǎn)電荷受到的庫(kù)侖力的大小和方向。規(guī)律方法

對(duì)于不能視為點(diǎn)電荷的問(wèn)題,可利用對(duì)稱性、割補(bǔ)法等,化非點(diǎn)電荷為點(diǎn)電荷,這樣可使難點(diǎn)得以突破,公式得以運(yùn)用,問(wèn)題可迎刃而解。變式訓(xùn)練4

如圖所示,半徑為R的絕緣球殼上均勻帶有電荷量為+Q的電荷,另一電荷量為+q的點(diǎn)電荷放在球心處,由于對(duì)稱性,點(diǎn)電荷受力為零?，F(xiàn)在球殼上挖去半徑為r(r?R)的一個(gè)小圓孔,則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受靜電力的大小為多少?方向如何?(已知靜電力常量為k)解析

解法一

由于球殼上均勻帶電,原來(lái)每條直徑兩端相等的一小塊面積上的電荷對(duì)球心處點(diǎn)電荷的靜電力相互平衡。當(dāng)在球殼上挖去半徑為r的小圓孔后,因?yàn)槭墙^緣球殼,其余部分的電荷分布不改變,所以其他直徑兩端的電荷對(duì)球心處點(diǎn)電荷的作用力仍相互平衡,剩下的就是與小圓孔相對(duì)的半徑也為r的一小塊圓面上的電荷對(duì)它的作用力。又r?R,所以這一帶電小圓面可看成點(diǎn)電荷,庫(kù)侖定律適用。小塊圓面上的電荷量為解法二

根據(jù)中和的特點(diǎn)可知,挖去的小圓孔相當(dāng)于在此處加上了等量的異種電荷,因?yàn)橥暾驓?duì)球心處的點(diǎn)電荷的靜電力為零,則被挖去小圓孔后的球殼對(duì)球心處點(diǎn)電荷的靜電力等于在小圓孔處補(bǔ)上的等量異種電荷探究四靜電力作用下的平衡問(wèn)題【情境導(dǎo)引】如圖所示,A、B、C三個(gè)帶電小球靜止在光滑水平面上,已