高中物理選修3 1庫侖定律知識點考點高考題總結

2021-09-30 19:49:20 字數 4181 閱讀 6365

1-2庫侖定律

1.定律內容:真空中兩個點電荷之間相互作用的電力,跟它們的電荷量的乘積成 ,跟它們的距離的二次方成 ,作用力的方向在它們的連線上.電荷間這種相互作用的電力叫做靜電力或庫侖力.

2.庫侖定律的表示式庫侖力f,可以是引力,也可以是斥力,由電荷的電性決定.k稱靜電力常量,k=9.0×109 n·m2/c2.

3.庫侖定律的適用條件空氣中也可以近似使用.電荷間的作用力遵守牛頓第三定律,即無論q1、q2是否相等,兩個電荷之間的靜電力一定是大小相等,方向相反.

【例2】(2004·廣東)已經證實,質子、中子都是由稱為上夸克和下夸克的兩種夸克組成的,上夸克帶電荷量為e,下夸克帶電荷量為-e,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=1.5×10-15 m.

試計算質子內相鄰兩個夸克之間的靜電力(庫侖力).

[解析]本題考查庫侖定律及學生對新知識的吸取能力和對題中隱含條件的挖掘能力.關鍵點有兩個:(1)質子的組成由題意得必有兩個上夸克和乙個下夸克組成.

(2)夸克位置分布(正三角形).質子帶電荷量為+e,所以它是由兩個上夸克和乙個下夸克組成的.按題意,三個夸克必位於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:

f1=k=k

代入數值,得f1=46 n,為斥力

上夸克與下夸克之間的靜電力為f2=k=k

代入數值,得f2=23 n,為引力.

【方法總結】此題型新穎,立意較獨特,體現了從知識立意向能力立意發展的宗旨.關鍵在於挖掘題目的隱含條件,構建夸克位置的分布圖.

[基本概念]

1. 電荷及電荷守恆定律

(2)電荷既不能創造,也不能被消滅,它只能從乙個物體轉移到另乙個物體,或從物體這一部分轉移到另一部分,這叫做電荷守恆定律。

2. 庫侖定律

(1)內容:在真空中兩個點電荷間的作用力跟它們的電量的乘積成正比,跟它們之間的距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線上。

適用條件:真空中的點電荷。

3. 用電荷守恆和庫侖力公式解決相同金屬小球接觸後的作用力變化問題

完全相同的帶電金屬球相接觸,電荷量重新分配:同種電荷總電荷量平均分配,異種

4. 電荷或帶電體的受力平衡問題

這裡所說的平衡,是指帶電體加速度為零的靜止或勻速直線運動狀態,仍屬「靜力學」範疇。在選取研究物件時,可採用隔離法或整體法。一般而言,要確定系統內物體間的相互作用時,應使用隔離法;在不涉及或不需要求解物體間的相互作用時,可優先考慮整體法。

在諸多連線體問題中,通常交替使用隔離法和整體法,以使問題處理更為簡捷。

5. 點電荷模型的應用

在分析物理問題時,可將研究物件進行分割或者填補,從而使非理想模型轉化為理想模型,使對稱體轉化為非對稱體,達到簡化結構的目的。

6. 點電荷是乙個帶有電荷量的幾何點,它是實際帶電體的抽象,是一種理想化的模型。如果帶電體本身的線度比相互作用的帶電體之間的距離小得多,以致帶電體的體積和形狀對相互作用力的影響可以忽略不計時,這種帶電體就可以看成點電荷,但點電荷自身不一定很小,所帶電荷量不一定很少。

7. 有人認為庫侖定律表示式中的r→0時,f→∞,單純從數學角度看,確實如此;但從物理角度看,這是沒有物理意義的錯誤結論,因為當兩個帶電體之間距離r→0時,帶電體就不能再視為點電荷,庫侖定律不再適用,若再用庫侖定律求f,必然得出錯誤的結論,但並非庫侖定律在r極小的情況下不適用,關鍵是看相互作用的兩個帶電體,在實驗精度範圍內能否被視為點電荷。

【典型例題】

例1. 絕緣細線上端固定,下端掛一輕質小球a,a的表面鍍有鋁膜,在a的近旁有一絕緣金屬球b,開始時a、b都不帶電,如圖所示,現將b帶電,則( )

a. a、b之間不發生相互作用

b. b吸引a,吸住後不放開

c. b立即把a排斥開

d. b先吸住a,接觸後又把a排斥開

解析:題目雖小,但它考查了四個知識點:

(1)帶電體有吸引輕小物體的性質;

(2)物體間的力是相互的;

(3)接觸帶電;

(4)同種電荷相排斥。

由(1)(2)知道b應吸引a,使b、a接觸;(3)知a、b接觸後,原來a所帶電量重新在a、b表面分布,使a、b帶了同種電荷;(4)知b又把a排斥開。故應選d。

例2. a、b、c三個相同的金屬小球,其中a球帶電+2q,b球帶電-3q,當它們相距為d時,相互作用的庫侖力為f,若用不帶電的小球c依次與球a、b各接觸一下後移去,求這時a、b兩球的庫侖力大小?

解析:原a、b間相互作用的庫侖力

由電荷守恆:a』帶電+q,b』帶電-q,c帶電-q,碰後系統總電量仍為-q,a』、b』間相互作用的庫侖力:

例3. 兩個大小相同的小球帶有同種電荷,質量分別為m1和m2,帶電荷量分別是q1和q2,用細絕緣線懸掛後,因靜電力而使兩懸線張開,分別與鉛垂線方向成夾角α1和α2,且兩球同處一水平線上,如圖所示,若α1=α2,則下述結論正確的是( )

a. q1一定等於q2

b. 一定滿足q1/m1=q2/m2

c. m1一定等於m2

d. 必然同時滿足q1=q2,m1=m2

解析:∵小球所處的狀態是靜止

∴用平衡條件去分析

小球m受到三個力t、f1、m1g作用,如圖所示,以水平和豎直方向建立座標

可見,只要m1=m2,不管q1、q2如何,α1都等於α2,故選c。

討論:如果m1>m2,α1和α2的關係怎樣?

例4. 一半徑為r的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量為+q的電荷,另一電荷量為+q的點電荷放在球心o上,由於對稱性,點電荷受力為零。現在球殼上挖去半徑為r(r 解析:

若小圓孔未挖去,則由於對稱性,球心上點電荷+q受力為零,挖去半徑為r的小圓孔後,對稱性被打破,此時球心處點電荷+q所受靜電力應為挖出部分所對稱的對面球殼上半徑也為r的圓面電荷對+q的靜電作用力,設此圓面電荷電荷量為q』,此作用力為f,則:

其方向應由球心指向小孔中心。

例5. 如圖所示,豎直絕緣牆壁上的q處有一固定的質點a,在q的正上方的p點用絲線懸另一質點b,a、b兩質點因為帶電而相互排斥,致使懸線與豎直方向成θ角,由於漏電使a、b兩質點的帶電荷量逐漸減少,在電荷漏電完之前懸線對懸點p的拉力大小( )

a. 變小 b. 變大 c. 不變 d. 無法確定

解析:受力分析如圖所示,設pa=l,pb=l

由幾何知識知:△apb∽△bdc

∵t和t』是作用力和反作用力,故t=t』

故選c【模擬試題】

一. 選擇題(每小題6分,共54分)

1. 相隔一段距離的兩個點電荷,它們之間的靜電力為f,現使其中乙個點電荷的電量變為原來的2倍,同時將它們間的距離也變為原來的2倍,則它們之間的靜電力變為( )

ab. 4f c. 2f d.

2. 兩個半徑為0.25m的小球,球心相距1m,若各帶的同種電荷時,相互作用的力為,各帶的異種電荷時,相互作用力為,則( )

ab.cd. 無法判斷

3. 在真空中有a、b、c三個點電荷,依次放在同一直線上,都處於平衡狀態,若三個點電荷的電量,電荷的正負及相互距離都未知,根據平衡能判斷這三個點電荷的情況是( )

a. 分別帶何種電荷

b. 哪兩個電荷電性相同

c. 哪乙個電量最小

d. 電量大小的依次排序

4. 相距較近的質子和α粒子同時由靜止釋放,某時刻質子的速度為v,加速度為a,設質子的質量為m,下列說法中正確的是( )

①此時刻α粒子的速度為v;

②此時刻α粒子的加速度為;

③這一過程中電勢能減少了;

④庫侖力對兩粒子做的功大小相等

ab. ②③④

cd. ②④

5. 太空飛行員在探測某星球時,發現該星球均勻帶電,且電性為負,電量為q,表面無大氣。在一次實驗中,太空飛行員將一帶負電q(且q< a. 向星球球心方向下落

b. 背向星球球心方向飛向太空

c. 仍處於懸浮狀態

d. 沿星球自轉的線速度方向飛向太空

6. 兩個正、負點電荷,在庫侖力的作用下,它們以兩者連線上的某點為圓心做勻速圓周運動,以下說法中正確的是( )

a. 它們所受到的向心力的大小不相等

b. 它們做勻速圓周運動的角速度相等

c. 它們的線速度與其質量成反比

d. 它們的運動半徑與電荷量成反比

7. 如圖,光滑絕緣的水平面上m、n兩點各放一帶電量分別為和完全相同的金屬球a和b,給a和b以大小相等的初動能(此時動量大小均為)使其相向運動剛好發生碰撞,碰後返回m、n兩點時動能分別為和,動量大小分別為和,則( )a.

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1 2庫侖定律 1 定律內容 真空中兩個點電荷之間相互作用的電力,跟它們的電荷量的乘積成 跟它們的距離的二次方成 作用力的方向在它們的連線上.電荷間這種相互作用的電力叫做靜電力或庫侖力.2 庫侖定律的表示式庫侖力f,可以是引力,也可以是斥力,由電荷的電性決定.k稱靜電力常量,k 9.0 109 n ...

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