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物理选修3-1 物理选修3-1 物理选修3-1 物理选修3-1 物理选修3-1 华南师范大学 South China Normal University 物理选修3-1 第一章 静电场 第二节 探究静电力 定量研究“电力”的困难: 带电体上电荷分布难以确定 “电力”很小，缺乏测量工具 当时没有量度电荷的单位，也无法确定电荷的电量 一、人类对“电力”研究的历程 科学家的推测: 电力与距离的平方成反比(受“万有引力定律”的启发) 法国科学家库仑通过实验总结出静电力规律规律: 库伦定律——使人类对电的研究进入了定量阶段 18世纪以前的二千多年间人类对电的认识仅处定性阶段 1. r 一定时，F与电荷量q的关系： 实验结论： 3. 电荷量q不变时，F与r的关系： Q减小时，F 减小 q减小时，F 减小 电荷间的相互作用力F 随电荷量的增大而增大，随距离的增大而减小 实验探究：影响电荷间相互作用力的因素 2. r 一定时，F与电荷量Q的关系： 二、点电荷——理想化（带电）模型 如果带电体间的距离比起它们自身的大小(几何线度)大得多,以至于带电体的形状、大小和电荷分布对带电体间的相互作用的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看作点电荷 理想化的方法： 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，跟它们之间的距离的二次方成反比。 【公式】 【静电力常量】 （2）点电荷 三、库仑定律 【内容】 【定律成立条件】 （1）真空中 k值有何物理意义？ k值的意义：表示两个带单位电量1C的点电荷在真空中相距单位距离1m时,相互间的静电力为9.0×109N. 讨论与交流 1、根据库仑定律，点电荷间相互作用的静电力F与距离r的平方成反比。因此，当两点电荷之间的距离r趋于零时，电荷间的静电力F趋于无穷大。你认为这个观点对吗？ 当r趋于零时，任何带电体都不能看作点电荷，则库仑定律也就不再适用。 A、B球距 距离比 扭秤转角 转角比 36个刻度 1 36o 1 18个刻度 1/2 144 o 4 8.5个刻度 1/4 575.5 o 16 四、库仑扭秤实验 （1）构造和实验原理（过程）： （2）实验数据： 完成于1785年 库仑扭秤实验的巧妙之处主要有两点： 1.进行了微小量的放大（光放大测扭角）； 2.采用对称原理等分电量解决了当时电量无法测量的难题。 (P7)（比较静电力和万有引力） 5、库仑定律的应用 1.利用库仑定律时，对电量的正、负及相应的力方向的判断通常有两种做法： （1）不带符号运算：先代入电量的绝对值计算出力的大小，然后再根据两个作用电荷的电性判断作用力的方向； （2）带符号运算：代入电量的正、负值后，当求出的力F为正值时即为斥力；当求出的力F为负值时即为引力； 说明： （建议采用不带符号运算的方法） 2.研究带电体在电场中受力或运动时何时可忽略重力的问题： 1) 微观粒子(电子、原子、分子、离子等)通常忽略重力； 2) 题目具体说明; 3) 需要判断，当重力远小于电场力或其它力时） 例题1 例 2 AC D:真空中的电荷若不是点电荷，由于同种电荷相互排斥影响电荷分布，实际距离增大；由于异种电荷相互吸引，实际距离减小。 例题3 库仑力的叠加：利用“力的平行四边形定则”处理多电荷之间的相互作用力的叠加问题。 两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。 任何带电体都可以看出由许多点电荷组成。 例 4 变与不变 1、带电量分别为+4q和-2q的两个完全相同的金属小球A、B相距r时的作用力为 F，现让两球接触后分开于相距r/4处，则此时的作用力 F’ = F。 F’ = 2F C 例 5 如图所示，带电荷量分别为＋q和＋4q的两个点电荷A、B相距L。求在何处放一个什么性质的电荷，才可以使三个电荷都处于平衡状态？该电荷的电荷量是多少？ A B 答案：在AB之间距A为L/3处放一个电量为4q/9的负电荷 方法小结：（认真体会） 三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远大 变化：如果A的电量改为-q，结果又如何？ 例 6库伦定律作用的空间尺度：原子尺度-日常距离 注意：圆周运动应考虑 1.受力情况；2.向心力；3.圆心；4.半径 氢原子核外电子在原子核的库仑引力作用下绕核做匀速圆周运动，设电子运动的轨道半径为r，求：电子运动的 （1）周期； （2）动能。 F + 。 +e -e 例 7 库仑力是力的外延 在光滑的绝缘水平面上固定着A、B、C三个带电小球 ，他们的质量为m,间距为r，A、B带正电，电量为q。现对C施一水平力F的同时，放开三个小球，欲使三个小球在运动过程中保持间距r不变，求： （1）C球的电