【常用规律、公式】
库仑定律
1. 内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
2. 大小:F=K q1 q2/r 2( k 为静电力常量:k = 9.0×109 N·m2/C2。计算大小时只将电荷量的绝对值代入)
3. 方向:在两点电荷的连线上 , 同种电荷相斥 , 异种电荷相吸
4. 适用条件:真空、静止的点电荷。(以上两个条件是理想化的,在空气中也近似成立)
库仑力
1. 特点:是性质力不是效果力,遵循牛顿第三定律,在实际应用时与其他力一样,受力分析时不要漏掉。
2. 矢量性:库仑力是矢量,合成时满足平行四边形定则
3. 特殊性:在利用库仑定律的公式计算库仑力的大小时,电荷量用绝对值代入公式
考点一:库仑力与电荷守恒定律的综合应用
高考试题中单独考查库仑定律的试题几乎没有,它往往与电荷守恒定律相结合,以选择题的形式考查电荷量的分配规律、库仑力大小的变化等,难度一般较小.
【典例1】有三个完全相同的金属小球A、B、C,其中,A 球带电荷量为7Q,B 球带电荷量为-Q,C 球不带电.将A 和B 固定起来,然后让C 球反复与A 球和B 球接触,最后移去C 球,求A 和B 间的相互作用力将变为原来的多少倍。
【典例2】
两个半径为R 的带电球所带电荷量分别为q1 和q2,当两球心相距3R 时,相互作用的静电力大小为( )
【考法总结】
1.完全相同的带电体接触后电荷的分配原则
(1)若两带电体带同种电荷q1,q2则接触后电荷量平均分配,即
(2)若两带电体带异种电荷q1,q2,则接触后电荷量先中和后平分,即
,电性与带电荷量大的带电体相同
2.库仑力方向的判断方法
根据“同种电荷相斥,异种电荷相吸”判断库仑力的方向,作用力的方向沿两电荷连线方向
3.库仑力大小
(1)由公式F=K q1 q2/r 2 可以看出,在r 和两带电体的电荷量总和一定的条件下,当 q1 =q2 时,F 有最大值
(2)对于距离较近的两带电导体球间的库仑力可定性比较:用r 表示两球心间的距离,则当两球体带同种电的时,由于其排斥作用,两带电球中心间的距离大于r,设两带电球体间的相互作用力为F,则F<K q1 q2/r 2,反之,当两球体带异种电荷时,则F大于K q1 q2/r 2
4.点电荷的理解
(1)点电荷是理想化的物理模型
点电荷是只有电荷量,没有大小、形状的理想化模型,类似于力学中的“质点”,实际中并不存在。
(2)带电体看成点电荷的条件:
一个带电体能否看成点电荷,要看它本身的线度是否比它们之间的距离小得多。即使是比较大的带电体,只要它们之间的距离足够大,也可以视为点电荷。
带电体的线度比相关的距离小多少时才能看成点电荷,还与问题所要求的精度有关。在测量精度要求的范围内,带电体的形状及大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,带电体就可以看成点电荷。
考点二:库仑力作用下的平衡问题
库仑定律阐述了带电体间的相互作用规律以及此类问题的考题,常有两类题型,一是只在库仑(电场)作用下的带电体的平衡,二是除电场力外,结合其他力作用下的带电体的平衡高考试题多以选择题的形式出现,难度中等,解题关键是对研究对象进行受力分析,列出平衡方程。
1 电场力作用下的平衡问题 电场力作用下的平衡问题
【典例 3】有两个带电小球,电荷量分别为+ Q和+ 9Q. 在真空中相距 0.4 m.如果引入第三个带电小球 ,正好使三个小球都处于平衡状态.求:
(1) 第三个小球带的是哪种电荷?
(2) 应放在什么地方?
(3) 电荷量是 Q的多少倍?
【典例 4】如 图所示,三个点电荷 q1、q2、q3固定在一直线上, q2与 q3间距离为 q1与 q2间距离的 2倍, 每个电荷所受静电力的合均为 零,由此可以判定,三个电荷的电荷量之比为( )
2 库仑力与其他力作用下的平衡
【典例 5】如图所示,把一带正电的小球 a放在光滑绝缘斜面上,欲使球a 能静止斜面上,需在MN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
【考法总结 】
库仑力具有力的共性,可以和其他力一起使带电体处于平衡状态,构成力电综合问题, 求解思路与力学平衡问题基本相同,只不过我们多了一种新性质的力而已,具体解思路以及技巧如下:
1 解题思路
确定研究对象----------(整体法或隔离法)
受力分析---------------多个电场力
列平衡方程----------F=0
2 在同一直线上三个自由点电荷的平衡问题
(1)条件:每个点电荷受到的两个库伦力必须大小相等,方向相反
(2)规律:“三点共线”三个点电荷分布在同一条直线上,“两同夹异”—正、负电荷相互间隔:“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小,“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷
3 不在同一条直线上多个电荷的平衡问题
(1)根据题干条件,恰当选取研究对象,进行受力分析,
(2)利用F=Eq 或F=Kq1q2/r2求出每个电荷受到的电场力,
(3)根据平衡条件。利用相似三角形法、图解法、正交分解法等列式求解
4. 多个带电体的库仑力求解
当多个带电体同时存在时,每两个带电体间的库仑力仍遵守库仑定律。某一带电体同时受到多个库仑力作用时,可利用力的平行四边形定则求出合力。
强化训练题
1. 如图所示,三个完全相同的金属小球 a、b、c 位于等边三角形的个顶点上. a和 c带正电, b带负 电, a所带的电荷量比 b所带的电荷量小..已知 c受到 a和 b的静电力合可用图中四条有向线段一 条来表示,它应是 ( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
2.如 图所示的是一个带正电验器, 当金属球 A靠近验电器上的金属小球 B时,验电器中金属 箔片的张角减小,则 ( )
A.金属球 A可能不带电 B.金属球 A一定带正电
C.金属球 A可能带负电 D.金属球 A一定带负电
3. 如图所示,在光滑绝缘的水平面上沿一直线等距离排列三个小球 A、B、C,三球质量均为 m,相距 均为 L,若三球均带电且 qA= 10q,qB= q,为保证三球间距不发生变化将一水平向右的恒力 ,为保证三球间距不发生变化将一水平向右的恒力 F作用 于 C球,使三者一起向右匀速运动。 求: (1)F的大小;( 2)C球的电性和荷量
4.如图所示,在光滑绝缘水平面上放置 3个电荷量均为 q(q>0)>0) 的相同小球,x小球之间用劲度系数均为 k0的相同轻质弹簧绝缘连接.当 3个小球处在静止状态时,每根弹簧长度为 l.已知静电力常量为 k,若不考 虑弹簧的静电感应,则每根弹簧的原长为 ( )
5. 如图所示,一个挂在绝缘细线下端的带正电小球 B,静止在图示位置,若固定的带正电小球A的电荷量为 电荷量为 Q,B球的质量为m,带电荷量为 q,θ=30° ,A和 B在同一条水平线上, 整个装置处于真空中,求 A、B两球间的距离.
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