2019-2020学年高中物理 第一章 电场 微型专题1 库仑力作用下的平衡课件 粤教版选修3-1

微型专题1 库仑力作用下的平衡,第一章 电 场,进一步掌握库仑力的计算公式及库仑力的方向判定.,学科素养与目标要求,物理观念：,科学思维：,1.会进行库仑力作用下带电体的受力分析. 2.会运用合成法、分解法处理共点力作用下的平衡.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,重点探究,达标检测,微型专题练,启迪思维 探究重点,检测评价 达标过关,克难解疑 精准高效,重点探究,例1 (多选)两个质量分别是m1、m2的小球，各用丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度1、2，如图1所示，此时两个小球处于同一水平面上，则下列说法正确的是 A.若m1m2，则12 B.若m1m2，则12 C.若m1m2，则12 D.若q1q2，则12,图1,一、库仑力作用下带电体的平衡,解析 以m1为研究对象，对m1受力分析如图所示. 由共点力平衡得 FTsin 1F库 FTcos 1m1g ,因为不论q1、q2大小如何，两带电小球所受库仑力属于作用力与反作用力，永远相等，,故选项B、C正确.,例2 如图2所示，A、B是两个带等量同种电荷的小球，A固定在竖直放置、高为h10 cm的绝缘支杆上，B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高，若B的质量为30 g，则B带电荷量是多少？(取g10 m/s2，小球A、B视为点电荷，k9.0×109 N·m2/C2),图2,答案 1.0×106 C,解析 因为B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高，设A、B之间的水平距离为L.,对B进行受力分析如图所示，依据物体平衡条件，解得库仑力Fmgtan 30°,二、同一直线上带电体的平衡,例3 如图3所示，带电荷量分别为q和4q的两点电荷A、B，相距L，问： (1)若A、B固定，在何处放置点电荷C，才能使C处于平衡状态？,图3,答案 见解析,解析 由平衡条件，对C进行受力分析，C应在AB的连线上且在A、B之间，设C与A相距r，则,(2)在(1)中的情形下，C的电荷量和电性对C的平衡有影响吗？,答案 见解析,(3)若A、B不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？,答案 见解析,解析 若将点电荷放在A、B电荷两边，A、B对点电荷同为向左(或向右)的力，点电荷都不能平衡；若将点电荷放在A、B之间，点电荷为正电荷，则A、B都不能平衡，所以点电荷为负电荷.设放置的点电荷的电荷量大小为Q，与A相距r1，分别对A、B受力分析，,1.同一直线上的三个自由点电荷都处于平衡状态时，每个电荷受到的合力均为零，根据平衡条件可得，电荷间的关系为：“两同夹异”“两大夹小”“近小远大”. 2.对于三个自由电荷的平衡问题，只需对其中两个电荷列平衡方程，不必再对第三个电荷列平衡方程.,学科素养 通过三个例题，使学生练习了库仑力作用下的受力分析，并能熟练运用“合成法”“分解法”解决各种库仑力作用下的平衡问题，锻炼了学生对所学知识的归纳与迁移应用能力，较好地体现了“科学思维”的学科素养.,达标检测,1,2,3,1.(库仑力作用下的平衡)(多选)A、B两带电小球，质量分别为mA、mB，用绝缘不可伸长的细线如图4悬挂，静止时A、B两球处于相同高度.若B对A及A对B的库仑力分别为FA、FB，重力加速度为g，不计空气阻力，则下列判断正确的是 A.FAFB B.细线AC对A的拉力FTA C.细线OC的拉力FTC(mAmB)g D.同时烧断AC、BC细线后，A、B在竖直方向的加速度相同,图4,1,2,3,解析 两球间的库仑力是作用力与反作用力，大小一定相等，故A错误； 对小球A受力分析，受重力、库仑力、拉力，如图. 由共点力的平衡条件有：mAgFTAcos 30°，,由整体法可知，细线OC的拉力等于两球的总重力，故C正确； 同时烧断AC、BC细线后，A、B在竖直方向只受重力不变，所以加速度相同，故D正确.,1,2,3,2.(库仑力作用下的平衡)如图5所示，悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电荷量不变的小球A.在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球B.当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上，A处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为，若两次实验中B的电荷量分别为q1和q2，分别为30°和45°.则 为,图5,A.2 B.3,1,2,3,解析 由A的受力分析图可得Fmgtan ，,1,2,3,3.(库仑力作用下的平衡)如图6所示，把一带正电的小球a放在光滑绝缘斜面上，欲使球a能静止在斜面上，需在M、N间放一带电小球b，则b应 A.带负电，放在A点 B.带正电，放在B点 C.带负电，放在C点 D.带正电，放在C点,图6,解析 小球a受到重力、支持力和库仑力的作用处于平衡状态时，才能静止在斜面上.小球b带负电、放在C点或小球b带正电、放在A点可使小球a所受合力为零，故选C.,微型专题练,一、选择题 1.(2018·清华附中高二上期中)如图1所示，两个电荷量均为q的小球用长为l的轻质绝缘细绳连接，静止在光滑的绝缘水平面上.两个小球的半径rl，k表示静电力常量，则轻绳的张力大小为,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图1,故B正确，A、C、D错误.,2.一端固定在天花板上的绝缘细线的另一端与一带正电的小球M相连接，在小球M下面的一绝缘水平面上固定了另一个带电小球N，在图中，小球M能处于静止状态的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,3.(多选)如图2所示，质量分别为m1、m2，电荷量分别为q1、q2的两小球，分别用绝缘轻丝线悬挂起来，两丝线与竖直方向的夹角分别为和()，两小球恰在同一水平线上，那么 A.两球一定带异种电荷 B.q1一定大于q2 C.m1一定小于m2 D.m1所受的库仑力一定大于m2所受的库仑力,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图2,解析 由于两带电小球相互吸引，所以一定带异种电荷，选项A正确. 设轻丝线与竖直方向的夹角为，根据平衡条件可得两球之间的库仑力Fmgtan ，因此m1gm2g，即m1m2，选项C正确.,4.(多选)如图3所示，可视为点电荷的小球A、B分别带负电和正电，B球固定，其正下方的A球静止在绝缘斜面上，则A球受力个数为 A.可能受到2个力作用 B.可能受到3个力作用 C.可能受到4个力作用 D.可能受到5个力作用,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图3,5.相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为4q和q，如图4所示，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是 A.q，在A左侧距A为L处 B.2q，在A左侧距A为 处 C.4q，在B右侧距B为L处 D.2q，在B右侧距B为 处,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图4,解析 A、B、C三个电荷要平衡，必须三个电荷在一条直线上，外侧二个电荷相互排斥，中间电荷吸引外侧两个电荷， 所以外侧两个电荷距离大，要平衡中间电荷的引力，必须外侧电荷电荷量大，中间电荷电荷量小，所以C必须带正电，在B的右侧. 设C所在位置与B的距离为r， 则C所在位置与A的距离为Lr，要能处于平衡状态， 所以A对C的电场力大小等于B对C的电场力大小， 设C的电荷量大小为Q，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,解得：Q4q，即C的电荷量为4q，在B的右侧距B为L处.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,6.(2018·烟台市期末)如图5所示，在光滑绝缘的水平面上有两个带同种电荷的金属小球A和B，它们之间用一绝缘水平轻弹簧相连，平衡时弹簧伸长量为x0；如果将A所带电荷量减半，当它们重新平衡时，弹簧伸长量为x，则x和x0的关系为 A.x02x B.x02x C.x04x,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图5,7.如图6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30°.带电小球A、B均可视为点电荷.静电力常量为k，则,图6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,即C点为OB中点，根据对称性ABl.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,选项A、C错误；,选项B正确，D错误.,8.(多选)如图7所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0.1 kg的小球A悬挂在水平板的M、N两点，A上带有Q3.0×106 C的正电荷.两线夹角为120°，两线上的拉力大小分别为F1和F2.A的正下方0.3 m处放有一带等量异种电荷的小球B，B与绝缘支架的总质量为0.2 kg(重力加速度g取10 m/s2，静电力常量k9.0×109 N·m2/C2，A、B球可视为点电荷)，则 A.支架对地面的压力大小为2.0 N B.两线上的拉力大小F1F21.9 N C.将B水平右移，使M、A、B在同一直线上，此时 两线上的拉力大小F11.225 N，F21.0 N D.将B移至无穷远处，两线上的拉力大小F1F20.866 N,图7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,以B和绝缘支架整体为研究对象， 受力分析图如图甲所示，,地面对支架的支持力为FNmgF库1.1 N， 由牛顿第三定律知A错误； 以A球为研究对象，受力分析图如图乙所示， F1F2mAgF库1.9 N，B正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,B水平向右移，当M、A、B在同一直线上时，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,以A球为研究对象，受力分析图如图丙所示， 可知F21.0 N，F1F库1.0 N，F11.225 N， 所以C正确； 将B移到无穷远， 则F库0，可求得F1F21.0 N，D错误.,二、非选择题 9.如图8所示，把质量为0.2 g的带电小球A用绝缘丝线吊起，若将带电荷量为4×108 C的小球B靠近它，两小球在同一高度且相距3 cm时 ，小球A平衡，丝线与竖直方向夹角为45°.g取10 m/s2，静电力常量k9.0×109 N·m2/C2，小球A、B可视为点电荷，则： (1)此时小球B受到的库仑力的大小为多少？,1,2,3,4,5,6,7,8,9,图8,答案 2×103 N,解析 根据题给条件，可知小球A处于平衡状态，分析小球A受力情况如图所示. 则Fmgtan 45°0.2×103×10×1 N2×103 N. 小球B受到的库仑力与小球A受到的库仑力为作用力和 反作用力，所以小球B受到的库仑力大小为2×103 N.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,(2)小球A带何种电荷？,解析 小球A与小球B相互吸引，小球B带正电，故小球A带负电.,答案 负电荷,1,2,3,4,5,6,7,8,9,(3)小球A所带电荷量大小是多少？,答案 5×109 C,1,2,3,4,5,6,7,8,9,