2019_2020学年高考物理主题1静电场微型专题1库仑力作用下的平衡学案必修.docx
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1、微型专题1库仑力作用下的平衡学科素养与目标要求物理观念:进一步掌握库仑力的计算公式及库仑力的方向判定.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.一、非共线力作用下带电体的平衡1.库仑力具有力的一切性质,可以与其他力合成、分解,两点电荷间的库仑力是一对作用力和反作用力,遵从牛顿第三定律.2.共点力的平衡条件:物体所受外力的合力为零,即F合0或.3.处理平衡问题常用的数学知识和方法有直角三角形、相似三角形和正交分解法.4.选取研究对象时,要注意整体法和隔离法的灵活运用.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
2、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()图1A.若m1m2,则12B.若m1m2,则12C.若m1m2,则12D.若q1q2,则12答案BC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FTsin1F库FTcos1m1g由得tan1,同理tan2,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,故从tan知,m大,则tan小,也小(),m相等,也相等,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固定在竖直放置的10cm长的绝缘支杆
3、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30g,则B带电荷量是多少?(取g10m/s2,小球A、B视为点电荷,k9.0109 Nm2/C2)图2答案1.0106C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.依据题意可得:tan30则Lcm10cm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Fmgtan303010310N0.3N.依据Fk得:Fk.解得:qC1.0106C.二、同一直线上带电体的平衡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”
4、“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.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:图3(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?(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?(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(1)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,解得:r(2)距离A为处,不论C为正电荷还是负电荷,A、B对其作用力的合力均为零,故C的电荷量大
5、小和电性对其平衡无影响.(3)若将C放在A、B电荷两边,A、B对C同为向左(或向右)的力,C都不能平衡;若将C放在A、B之间,C为正电荷,则A、B都不能平衡,所以C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,根据平衡条件,对电荷A:有对电荷B:有联立可得:r1,Qq(负电荷)即应在AB连线上且在A的右边,与点电荷A相距处放置一个电荷量为q的负电荷.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.1.(库仑力作用
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