A 真空中的库仑定律.docx

第九章电场本章学习提要1．理解真空中点电荷的相互作用规律——库仑定律。2．知道电场的叠加原理，理解匀强电场的特点。3．理解电势能、电势和电势差；理解电场力对电荷做的功跟电荷量、电势差的关系。*4．知道静电感应现象。本章是在基础型课程中学习了点电荷、电荷间的相互作用规律基础上，进一步学习真空中的库仑定律；在学习了电场的初步概念等基础上，进一步学习匀强电场的特点、电势能、电势、电势差等概念和规律，使我们较深入地理解电场强度和电势是描述电场特性的两个重要的物理量，电场强度从力的、角度描述电场特性，电势从能的角度描述电场特性，它们虽然不同但有联系。在库仑定律的学习中，我们将了解科学家是如何通过扭秤实验来获得真空中点电荷间作用规律的定量关系的。此外，我们通过与重力场、类比的方法引入电势能、电势等概念，进一步认识物理学的研究方法。在基础型课程中我们知道了许多非常有趣的静电现象和静电现象应用，在本章的最后，我们将学习静电感应的基本原理，分析和解释静电感应原理在生活、生产实践中应用，从中体会科学的价值。A 真空中的库仑定律一、学习要求理解真空中的库仑定律。在基础型课程学习点电荷概念、点电荷的相互作用的定性规律的基础上，学习两个点电荷在真空中相互作用的定量规律，理解真空中的库仑定律的条件及其公式的表达，知道静电常量。认识库仑利用扭秤实验研究点电荷作用规律的过程和方法，感受建立物理规律的方法，体验物理科学是精密科学的典范，物理实验富有创造性。二、要点辨析1．运用库仑定律解决问题时的注意点任何规律都有适用的条件，库仑定律只适用于真空中的两个点电荷之间的相互作用。在应用库仑定律时，物理量都要采用国际单位制；点电荷的电荷量都要用绝对值代入，这样可以避免因对正、负号意义混淆不清而造成错误；库仑力的方向可以通过同种电荷相斥、异种电荷相吸来直接判断。两个均匀带电球体之间的相互作用，也可以用库仑定律计算，只要把电荷看作集中在球体的球心上，把球心间的距离作为r代入即可。2．库仑定律和万有引力定律的比较库仑定律和万有引力定律形式非常相似，作用力都与两个相互作用的物体之间距离的平方成反比，两个物体之间发生相互作用也都不需要直接接触。但万有引力只有吸引力，而库仑力不仅有引力还有排斥力。引力常量非常小，G=6.67x10-11 N。m2/kg2；静电力常量很大，尼一9×109 N。IT12/C2.通常对于质量很小的点电荷（如两个质子）之间的万有引力可以忽略。3．库仑在研究电荷相互作用过程中应用的科学方法首先库仑在研究中忽略了带电小球形状对静电力的影响，建立了点电荷的概念，突出了主要矛盾。然后，库仑用扭秤的方法，用光学放大的方法，将微小的静电力产生的微小变化放大到可以测量。另外，由于当时还没有测量物体所带电荷量的精密仪器，他用相同小球接触后总是平均分配电荷量的特点，确定了小球所带电荷量的相对值，从而可以定量地研究两个小球之间的作用力与电荷量之间的关系。三、例题分析示例1A、B两个带正电小球，相距较远且距离保持一定，总电荷量一定。问两球的电荷量如何分配时相互作用力最大？【分析】把A、B两球看成点电荷，其总电荷量为Q，设A的电荷量为QA，B的电荷量为QB，则有QA＋QB＝Q。令相互距离为r，可以得到两球的作用力关系式。【解答】由库仑定律可知，A、B两球的静电力大小为F＝k，代入QB＝Q－QA，得F＝k；在这个二次函数中，只有当QA＝Q－QA，即QA＝时，才有最大值。因此当QA＝QB时，两小球之间有最大作用力。示例2两个小球A和B，分别用绝缘细线悬挂在同一点O，它们与竖直方向的夹角分别为θ1和θ2（θ1＞θ2），两球质量分别为m1和m2。当它们带上同种电荷以后，两小球刚好处于同一水平线上，如图所示，所受的静电力分别为F1和F2，比较它们所带电荷量、质量和所受静电力的大小关系。【分析】当两个小球带上同种电荷以后，由于受到斥力的缘故，就会张开一定的角度。此时两个小球都受到重力、绳子的拉力和A、B两球之间的静电力，处于三力平衡的状态。【解答】如图所示，以A球为例进行受力分析，可知F拉1cosθ1＝m1g，F拉1sinθ1＝F1，所以F1＝m1gtanθ1。同样分析B球可得F拉2cosθ2＝m2g，F拉2sinθ1＝F2，所以F2＝m2gtanθ2。由库仑定律知道F1＝F2，即m1gtanθ1＝m2gtanθ2因为θ1＞θ2，所以m1＜m2。显然，电荷量大小是无法从已知条件中得出的。四、基本训练下列关于点电荷的说法正确的是（）（A）不论带电体多大，只要距离远大于它们的大小，就可看成是点电荷（B）只要带电体的体积很小，任何情况下都可看做点电荷（C）体积很大的带电体，任何情况下都不能看作点电荷（D）只有球形带电体才能看作点电荷两个完全相同的带电金属小球，相距较远的距离时，相互作用力大小为F