高中物理选修3-1静电场《电荷守恒定律 库仑定律》精品学案(含答案).docx
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1、高中物理选修 3-1 静电场精品学案电荷守恒定律 库仑定律 学习目标1. 能利用电荷守恒定律进行相关判断 .2. 会解决库仑力参与的平衡及动力学问题一、电荷守恒定律基础导引如图 1 所示,用绝缘细线悬挂一轻质小球 b,并且 b 球表面镀有一层金属膜,在靠近 b 球旁有一金属球 a ,开始时 a、b 均不带电,若给 a 球带电,则会发生什么现象?知识梳理1 物质的电结构:构成物质的原子本身包括:_的质子和 _的中子构成 _,核外有带 _的电子,整个原子对 外_表现为_2 元电荷:最小的电荷量,其值为 e _. 其他带电体的电荷 量皆为元电荷的_3 电荷守恒定律(1) 内容:电荷既不会创生,也不会
2、消灭,它只能从一个物体 _ 到另 一个物体,或者从物体的一部分 _到另一部分;在转移过程中,电荷 的总量_(2) 起电方式:_、_、感应起电(3) 带电实质:物体带电的实质是_当两个完全相同的带电金属球相互接触时,它们的电荷如何分配?二、库仑定律基础导引如图 2 所示,两个质量均为 m 的完全相同的金属球壳 a 和 b,其壳层的厚度和质量分布均匀,将它们固定于绝缘支座上,两球心间的距离 l 为球半径的 3 倍若使它们带上等量异种电荷,电荷量的绝对值12l21 2rkQ均为 Q,试比较它们之间的库仑力与 的大小关系,如果带同种电荷呢? 知识梳理1 点电荷:是一种理想化的物理模型,当带电体本身的
3、_和_对研 究的问题影响很小时,可以将带电体视为点电荷2 库仑定律(1) 内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘 积成 _,与它们的距离的二次方成 _,作用力的方向在它 们的_上(2) 公式: F _ ,其中比例系数 k 叫做静电力常量, k 9.0109Nm2/C2.(3)适用条件:_;_.3库仑定律的理解: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q q在理解库仑定律时,有人根据公式 F k 2 ,设想当 r0 时得出 F的结 论,请分析这个结论是否
4、正确.考点一电荷守恒定律及静电现象考点解读1使物体带电的三种方法及实质摩擦起电、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2塞从瓶口伸出 ( 如图甲所示 ) 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 ( 如图乙所示 ) 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 相互排斥的结果典例剖析例 1 使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开下列
5、各图表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是( )电荷守恒定律是电学中的基本规律之一,对电荷守恒定律的考查每年都有,但往往渗透在各类电学题目中,很少单独考查;而对感应起电的考查 难度不大,一般出现在选择题中跟踪训练 1:把两个完全相同的金属球 A 和 B 接触一下,再分开一段距离,发 现两球之间互相排斥,则 A、B 两球原来的带电情况可能是( )31 2r12 43A 带等量异种电荷B 带等量同种电荷C 带不等量异种电荷D 一个带电,另一个不带电考点二:库仑力作用下的平衡问题与动力学问题考点解读q q1库仑定律的表达式为 Fk 2 ,其适用条件是真空中两静止点电荷之间相互作用的静电力库仑定律与
6、平衡问题联系比较密切,因此关于静电力的平衡问题是高考的热点内容,题型多以选择题为主对于这部分内容,需要注意以下几点:一是明确库仑定律的适用条件;二是知道完全相同的带电小球接 触时电荷量的分配规律;三是进行受力分析,灵活应用平衡条件2三个自由点电荷的平衡问题(1) 条件:两个点电荷在第三个点电荷处的合场强为零,或每个点电荷受到的 两个库仑力必须大小相等,方向相反(2) 规律:“三点共线”三个点电荷分布在同一条直线上;“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典例剖析例 2:两个分别带有电荷量Q 和 3Q 的相同金属小球(均可视为点电荷
7、),固 定在相距为 r 的两处,它们间库仑力的大小为 F.两小球相互接触后将其固定r距离变为 ,则两球间库仑力的大小为 21 3 4A. F B. F C. F D12F( )思维突破 分析带电体力学问题的方法与纯力学问题的分析方法一样,学会把41 2r合222k lk l22224k l2k l22电学问题力学化分析方法是:(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”;kq q(2)对研究对象进行受力分析,多了个静电力 (F 2 );(3)列平衡方程(F0 或 F 0,F 0)或牛顿第二定律 x y跟踪训练 2:如图所示,在光滑绝缘水平面上放置
8、 3 个电荷量均为 q(q0)的相同小球,小球之间用劲度系数均为 k 的轻质0弹簧绝缘连接当 3 个小球处在静止状态时,每根弹簧的长度为 l.已知静电力 常量为 k,若不考虑弹簧的静电感应,则每根弹簧的原长为 ( )Al5kq kqBl0 0Cl5kq 5kqDl0 0例 3 如图 5 所示,竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管,细管 截面半径远小于半径 R,在中心处固定一带电荷量为 Q 的 点电荷质量为 m、带电荷量为 q 的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动,当小球运动到最高点时恰好对细管无作图 5用力,求当小球运动到最低点时对管壁的作用力是多大?方法提炼 在审题过程中,不但要了解题目所描述的是
9、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本题中 “ 细管截面半径远小于半径 R”表明小球做圆周运动的半径就是 R ; “小球在最高点时恰好对细管无作用力 ” 表明在最高点时小球所需向心力由重力和库仑力二力的合力提供另外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,值得注意的两点是: (1)列方程时,注意库仑力的方向,如本5题中在最高点时向上,在最低点时向下; (2)本题中,库仑力总与速度方向垂 直,库仑力不做功跟踪训练
10、3 三个带电荷量均为 Q( 正电 ) 的小球 A、B、C 质量均为 m,放在水平光滑绝缘的桌面上,分别位于等边三角形的三个顶点,其边长为 L,如图 6所示,求:(1)在三角形的中心 O 点应放置什么性质的电荷,才能使三个带电小球都处于静止状态?其电荷量是多少?(2) 若中心电荷带电荷量在 (1)问基础上加倍,三个带电小球将加速运动,求其 加速度大小;(3) 若中心电荷带电荷量在 (1) 问基础上加倍后,仍保持三个小球相对距离不 变,可让它们绕中心电荷同时旋转,求旋转的线速度大小1以下说法正确的是( )A物体所带的电荷量是任意实数 B元电荷就是电子或质子C物体所带电荷量的最小值是 1.61019
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