教科版選修3-1：第一章靜電場學案2(存儲版)
【正文】 d＝ k13e9 Q 學案 2 庫侖定律 [學習目標定位 ] . 、 公式及其適用條件 ， 會用庫侖定律進行有關的計算 ． 一、探究影響點電荷間相互作用的因素 1． 點電荷 ： 當一個帶電體本身的線度比它到其他帶電體的距離 小很多 ， 以至在研究它與其他帶電體的相互作用時 ， 該帶電體的 形狀 以及電荷在其上的 分布狀況 均無關緊要 ， 該帶電體可看做一個帶電的點 ， 這樣的電荷稱為點電荷 ． 點電荷就是一個 理想化 的物理模型 ． 2． 實驗探究 (1)探究電荷間作用力的大小跟距離的 關系 ： 保持電荷的電荷量不變 ， 距離增大時 ， 作用力減小 ； 距離減小時 ， 作用力 增大 ． (2)探究電荷間作用力的大小跟電荷量的關系 ： 保持兩個電荷之間的距離不變 ， 電荷量增大時 ， 作用力 增大 ； 電荷量減小時 ， 作用力 減小 ． (3)實驗表明 ， 電荷之間的相互作用力隨著電荷量的增大而 增大 ， 隨著 距離 的增大而 減小 ． 二、庫侖定律 1． 內容 ： 電荷之間存在的相互作用力稱為 靜電力 或 庫侖力 ， 真空中兩個靜止的點電荷之間的作用力 (斥力或引力 )與這兩個電荷所帶 電荷量 的乘積成正比 ， 與它們之間 距離 的平方成反比 ， 作用力的方向沿著這兩個點電荷的連線 ． 2． 表達式 ： F＝ kQ1Q2r2 ， 其中 k＝ 109 Nq??2＝ k A和 B在同一條水平線上 ， 整個裝置處于真空中 ， 求 A、 B兩球間的距離 ． 圖 7 答案 3kQqmg 解析 如圖所示，小球 B受豎直向下的重力 mg、沿絕緣細線的拉力 T、 A對它的庫侖力 FC. 由力的平衡條件，可知 FC＝ mgtan θ 根據(jù)庫侖定律得 FC＝ kQqr2 解得 r＝ kQqmgtan θ＝ 3kQqmg 14． 已經(jīng)證實質子 、 中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的 ， 上夸克帶電荷量為 23e，下夸克帶電荷量為 － 13e， e為電子所帶電荷 量的大小 ． 如果質子是由三個夸克組成的 ， 且各個夸克之間的距離都為 l， l＝ 10－ 15 m， 試計算質子內相鄰兩個夸克之間的靜電力 ． 答案 上夸克之間的靜電力為 N， 是排斥力 ； 上夸克與下夸克之間的靜電力為 N，是吸引力 解析 質子帶電荷量為＋ e，所以它是由 2個上夸克和 1 個下夸克組成的 ． 按題意，三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處，這時上夸克與上夸克之間的靜電力應為 Fuu＝ k23e＝ 10－ 3 10 1 N＝ 2 10－ 3 N. 題中小球 A、 B都視為點電荷，它們相互吸引，其作用力大小 F＝ kqA2 Qr2 ＝ 4kQ2r2 ， 原來 A、 B間的作用力 F＝ k7r2 ＝ 7kQ2r2 ， 所以 F′F ＝ 47，即 F′ ＝ 47F. 三、多個點電荷間靜電力的疊加 例 3 如圖 2 所示 ， 分別在 A、 B兩點放置點電荷 Q1＝＋ 2 10－ 14 C和 Q2＝－ 2 10－ 14 C． 在AB的垂直平分線上有一點 C， 且 AB＝ AC＝ BC＝ 6 10－ 2 m． 如果有一高能電子靜止放在 C點處 ， 則它所受的庫侖力的大小和方向如何 ？ 圖 2 解析 電子帶負電荷，在 C點同時受 A、 B兩點 電荷的作用力 FA、 FB，如圖所示 ． 由庫侖定律得 FA＝ kQ1er2 ＝ 109 2 10－ 14 10－ 19?6 10－ 2?2 N ＝ 10－ 21 N FB＝ kQ2er2 ＝ 10－ 21 N 由矢量的平行四邊形定則和幾何知識得靜止放在 C 點的高能電子受到的庫侖力 F＝ FA＝ FB＝ 10－ 21 N，方向平行于 AB連線由 B指向 A. 答案 10－ 21 N 方向平行于 AB連線由 B指向 A 例 4 如圖 3 所示 ， 兩個點電荷 ， 電荷量分別為 q1＝ 4 10－ 9 C 和 q2＝－ 9 10－ 9 C， 分別固定于相距 20 cm 的 a、 b兩點 ， 有一個點電荷 q放在 a、 b所在直線上且靜止不動 ， 該點電荷所處的位置是 ( ) 圖 3 A． 在 a點左側 40 cm 處 B． 在 a點右側 8 cm 處 C． 在 b點右側 20 cm 處 D． 無法確定 解析 此電荷電性不確定，根據(jù)平衡條件，它應在 q1點電荷的
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