最新高一物理电学专题提升专题01全面理解库仑定律掌握库仑力的应用问题.docx

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最新高一物理电学专题提升专题01全面理解库仑定律掌握库仑力的应用问题

——教学资料参考参考范本——

2019-2020最新高一物理电学专题提升专题01全面理解库仑定律掌握库仑力的应用问题

______年______月______日

____________________部门

一：

专题概述

本专题围绕对库仑定律的理解而展开，涉及到如下内容：

1.适用条件：

于真空中静止点电荷间的相互作用．

2.在空气中,两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况,可以直接应用公式.

3.当两个带电体的间距远大于本身的大小时,可以把带电体看成点电荷.

4．对于两个均匀带电绝缘球体，可将其视为电荷集中在球心的点电荷，r为球心间的距离．

5．对于两个带电金属球，要考虑表面电荷的重新分布，如图所示．

（1）同种电荷：

F＜k；

（2）异种电荷：

F＞k.

6．不能根据公式错误地认为r→0时，库仑力F→∞，因为当r→0时，两个带电体已不能看做点电荷了．

7.库仑力的方向：

由相互作用的两个带电体决定,且同种电荷相互排斥,为斥力;异种电荷相互吸引,为引力。

8．电荷的分配规律

（1）两个相同的导体球，一个带电，一个不带电，接触后电荷量平分．

（2）两个相同导体球带同种电荷，先接触再分离，则其电荷量平分．

（3）两个相同导体球带异种电荷，先接触再分离，则其电荷量先中和再平分．

二：

典例精讲

1.库仑定律内容的理解

典例1：

对于库仑定律，下面说法正确的是（　　）

A.凡计算真空中两个点电荷间的相互作用力，就可以使用公式F＝k

B.两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律

C.相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的静电力大小一定相等

D.当两个半径为r的带电金属球中心相距为4r时，对于它们之间的静电力大小，只取决于它们各自所带的电荷量

【答案】AC

【解析】库仑定律的适用条件是：

真空和静止点电荷．如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布可以忽略不计，即可将它看作是一个几何点，则这样的带电体就是点电荷．一个实际的带电体能否看作点电荷，不仅和带电体本身有关，还取决于问题的性质和精度的要求，D中两个金属球不能看成点电荷，库仑定律不适用，故A正确，BD错误．相互作用的两个点电荷之间的库伦力为作用力和反作用力的关系，大小始终相等，故C正确．故选AC.

2.库仑定律公式的理解

典例2：

关于库仑定律的公式F=k,下列说法中正确的是（　　）

A.当真空中的两个点电荷间的距离r→∞时,它们之间的静电力F→0

B.当真空中的两个点电荷间的距离r→0时,它们之间的静电力F→∞

C.当两个点电荷之间的距离r→∞时,库仑定律的公式就不适用了

D.当两个点电荷之间的距离r→0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适用了

【答案】AD

3.研究点电荷作用力与距离、电荷量关系

典例3：

在研究点电荷作用力与距离、电荷量关系的演示实验中，利用______的方法来改变点电荷的电荷量．演示装置如图所示，如果F=k=mgtanα=mg•，则A、O′、B的连线必须在______．

【答案】控制变量法；一条直线

【解析】探究决定电荷间的相互作用力大小的因素有电荷电量的大小和电荷之间的距离，研究一个变量与多个变量之间的关系时，应用控制变量法，

本实验改变了电荷间的距离，没有改变电荷量的大小，所以这个实验目的是研究电荷间的相互作用力的大小和电荷之间距离的关系，小球受重力mg，绳的拉力，库仑力F，绳与竖直方向夹角为α，如果，则有：

，因此A、O′、B的连线必须在一条直线上．

4.库仑力的求解

典例4：

18世纪70年代,法国物理学家库仑发现了点电荷间的相互作用规律,把静电学的研究推进到精确科学阶段.如图所示,如果在真空中有两个完全相同的金属小球A和B,其大小可忽略不计,被固定在同一条直线上,距离为1m.如果让它们均带上1.0×10-10C的异种电荷,求球B所受静电力的大小和方向.

【答案】9×10-11N　由B指向A

【解析】根据库仑定律,可得

代入数据解得:

由异种电荷相互吸引可知球B所受的静电力的方向由B指向A.

5.电荷守恒定律及库仑定律的综合问题

典例5：

真空中有两个完全相同的金属小球，A球带qA＝6.4×10－16C的正电荷，B球带qB＝－3.2×10－16C的负电荷，均可视为点电荷，求：

（1）当它们相距为0.5m时，A、B间的库仑力为多大？

（2）若将两球接触后再分别放回原处，A、B间的库仑力又为多大？

（以上结果均保留三位有效数字）

【答案】

（1）7.37×10－21N　

（2）9.22×10－22N

6.库仑定律及图象问题

典例6：

某实验小组在研究检验电荷所受电场力跟所带电荷量的关系时，利用测得的数据画出A、B两点的F－q图象如图乙所示，O、A、B为x轴上的三点，位置关系如图甲所示，电场力的正方向与x轴正方向一致，但实验时忘记了验证场源电荷的电性，也忘记了记下场源电荷在x轴上的具体位置．请分析能否判断场源电荷的电性、大致位置及A、B两点电势高低．

【答案】A点的电势低于B点的电势

三总结提升

1．对库仑定律的两点理解

（1）F＝k，r指两点电荷间的距离。

对可视为点电荷的两个均匀带电球，r为两球心间距。

（2）当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无限大。

2．应用库仑定律的四条提醒

（1）在用库仑定律公式进行计算时，无论是正电荷还是负电荷，均代入电量的绝对值计算库仑力的大小。

（2）作用力的方向判断根据：

同性相斥，异性相吸，作用力的方向沿两电荷连线方向。

（3）两个点电荷间相互作用的库仑力满足牛顿第三定律，大小相等、方向相反。

（4）库仑力存在极大值，由公式F＝k可以看出，在两带电体的间距及电量之和一定的条件下，当q1＝q2时，F最大。

3．两个完全相同的带电金属球接触时电荷的分配规律

（1）如果接触前两金属球带同种电荷，电荷量分别为q1和q2，两球接触时，总电荷量平均分配，两球的电荷量都等于.

（2）如果接触前两金属球带异种电荷，电荷量分别为q1和q2，且q1＞q2，接触时，先中和再将剩余的电荷量（q1－q2）平均分配，两球的电荷量都等于.

四提升专练

1.（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

2.如图所示,两个半径均为的金属球放在绝缘支架上,两球面最近距离为3r,带等量同种电荷,电荷量为Q,两球间的静电力为下列选项中的哪一个（）

A.等于B.大于

C.小于D.等于

【答案】C

【解析】由于两球心间的距离l为球半径的3倍，它们之间的距离并不是很大，所以此时的电荷不能看成是点电荷，由于它们带的是等量同种电荷，由于电荷之间的相互排斥，电荷之间的距离会比3r大，所以此时电荷间的库仑力小于．故C正确、ABD错误．故选C．

3.两个点电荷相距为L时的排斥力为F，若两个点电荷所带电荷量不变，它们之间的斥力变为64F，则距离应为（）

A.B.C.4LD.8L

【答案】B

【解析】根据库仑定律，两个点电荷相距为L时的排斥力为F，则；若两个点电荷所带电荷量不变，它们之间的斥力变为64F，则；联立解得，故选B.

4．对库仑定律适用条件的理解]关于库仑定律的公式F＝k，下列说法正确的是（　　）

A．当真空中的两个点电荷间的距离r→∞时，它们之间的静电力F→∞

B．当真空中的两个电荷间的距离r→0时，它们之间的静电力F→∞

C．当真空中的两个电荷之间的距离r→∞时，库仑定律的公式就不适用了

D．当真空中的两个电荷之间的距离r→0时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用了

【答案】D

【解析】r→∞时，电荷可以看成点电荷，库仑定律的公式适用，由公式可知，它们之间的静电力F→0；r→0时，电荷不能看成点电荷，库仑定律的公式就不适用了．

5.两个半径为1cm的导体球分别带上+Q和﹣3Q的电量，两球心相距90cm时相互作用力为F，现将它们碰一下后放在球心间相距3cm处，则它们的相互作用力大小（）

A.300FB.1200FC.900FD.无法确定

【答案】D

6.半径相同的两个金属小球A、B带有电荷量大小相等的电荷，相隔一定的距离，两球之间的相互吸引力大小为F.今用第三个半径相同的不带电的金属小球C先后与A、B两个球接触后移开，这时，A、B两个球之间的相互作用力大小是（　　）

A.FB.FC.FD.F

【答案】B

【解析】两球之间的相互吸引力，则两球带等量异种电荷；假设A带电量为Q，B带电量为-Q，两球之间的相互吸引力的大小是：

；第三个不带电的金属小球C与A接触后，A和C的电量都为；C与B接触时先中和再平分，则C、B分开后电量均为-，这时，A、B两球之间的相互作用力的大小：

，故B正确；ACD错误．故选B．

7.用控制变量法，可以研究影响电荷间相互作用力的因素．如图所示，O是一个带电的物体，若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小，这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来．若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示．则以下对该实验现象的判断正确的是（　　）

A．保持Q、q不变，增大d，则θ变大，说明F与d有关

B．保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d成反比

C．保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关

D．保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F与Q成正比

【答案】C

8．有两个点电荷，如果将两个点电荷电荷量都变为原来的2倍时，而距离变为原来的3倍，则库仑力变为原来的（　　）

A.B.C.D.

【答案】A

【解析】根据库仑定律的公式有：

，如果将两个点电荷电荷量都变为原来的2倍，而距离变为原来的3倍，根据库仑定律：

，故A正确，BCD错误。

故选：

A。

9．三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径．球1的带电荷量为q，球2的带电荷量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此进1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变．因此可知（　　）

A．n＝3B．n＝4C．n＝5D．n＝6

【答案】D

10.一半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电荷量为＋Q的电荷，另一电荷量为＋q的点电荷放在球心O上．由于对称性，点电荷受力为零．现在球壳上挖去半径为r（r≪R）的一个很小的圆孔，则此时置于球心处的点电荷（　　）．

A．受力大小为零

B．受力大小为，方向由圆孔指向球心

C．受力大小为，方向由圆孔指向球心

D．受力大小为，方向由球心指向圆孔

【答案】　D

【解析】　把球壳分成无限多个微元，由对称性可知除挖去的圆孔和其对称处外其他都有两个微元关于圆心对称，两对称微元对球心处的点电荷作用力的合成为零．球壳上电荷面密度为，与挖去的圆孔对称处的微元带电荷量ΔQ＝.

由库仑定律得ΔQ对圆心处点电荷q的作用力大小F＝＝，由同种电荷相互排斥可知库仑力方向由球心指向圆孔，选项D正确．

11.如图所示，一个均匀的带电圆环，带电荷量为＋Q，半径为R，放在绝缘水平桌面上．圆心为O点，过O点作一竖直线，在此线上取一点A，使A到O点的距离为R，在A点放一检验电荷＋q，则＋q在A点所受的电场力为（　　）．

A.，方向向上　B．，方向向上

C.，方向水平向左　D．不能确定

【答案】B

12.（多选）如图所示，质量为m、电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，带有电荷量也为q的小球B固定在O点正下方绝缘柱上．其中O点与小球A的间距为l，O点与小球B的间距为l.当小球A平衡时，悬线与竖直方向夹角θ＝30°.带电小球A、B均可视为点电荷，静电力常量为k.则（　）

A.A、B间库仑力大小为F＝

B.A、B间库仑力大小为F＝

C.细线拉力大小为FT＝

D.细线拉力大小为FT＝mg

【答案】BC

【解析】由题，OA=l，OB=l．当小球A平衡时，悬线与竖直方向夹角θ=30°，由几何关系可知，△AOB为等腰三角形，AB=AO=l；小球A的受力分析如图：

由库仑定律得：

．故A错误；△AOB为等腰三角形，由于对称性，绳子拉力等于库仑力，且根据平衡条件则：

Fcos30°＝Tcos30°＝mg，即：

F＝T＝．故BC正确，AD错误．故选BC.