【高中物理】庫侖定律知識點及應用

【高中物理】庫侖定律知識點及應用一、兩種電荷：點電荷、元電荷、比荷點電荷：1．點電荷是理想化的物理模型：點電荷是只有電荷量，沒有大小、形狀的理想化模型，類似于力學中的質(zhì)點，實際中并不存在．2．帶電體看成點電荷的條件：一個帶電體能否看成點電荷，是相對具體問題而言的，不能單憑它的大小和形狀來確定．如果帶電體的大小比帶電體間的距離小得多，則帶電體的大小及形狀就可以忽略不計，此時帶電體就可以視為點電荷．3．易混淆的幾個概念：比較項點電荷元電荷小帶電體概念忽略了大小、形狀，只考慮電荷量的帶電體電子或質(zhì)子所帶的電荷量體積較小的帶電物體實質(zhì)物理模型最小電荷量帶電物體聯(lián)系(1)點電荷、小帶電體的帶電荷量一定是元電荷的整數(shù)倍(2)小帶電體的大小遠小于所研究問題的距離時，小帶電體可視為點電荷元電荷：把1.6×10-9C即電子所帶電荷的絕對值稱為元電荷。研究原子核、基本粒子時，以元電荷為單位。二、電荷守恒定律帶電的過程，實際上是電荷重新分布的過程。如：均分條件：兩物體形狀大小相同，否則不均分，討論代數(shù)和、中和。守恒內(nèi)容：電荷既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，而正、負電荷代數(shù)和保持不變。三、庫侖定律內(nèi)容：靜止點電荷間的作用力跟它們電荷的乘積成正比，跟距離的平方成反比，方向在它們的連線上。說明：（1）點電荷：形狀及大小忽略不計，理想模型，能視為點電荷的帶電球體，則r為球心距離。（2）實際球體間相互作用力，如圖（不能視為點電荷）四、庫侖定律的應用引力多大？解析：

引申：若電子的質(zhì)量me＝9×10-31kg，則電子繞核轉(zhuǎn)的速度約為多大？解析：本題由靜電力提供向心力。（2）真空中同一直線上點電荷間相互作用問題。例、真空中兩點電荷A和B分別帶有正電荷+q和+9q，之間距離為l，如圖：求一帶負電的粒子－q在C點和D點受到的兩靜電力的合力有多大？解析：在C點，則同理求D點。說明：在用庫侖定理計算靜電力時，先用公式計算大小，不考慮電荷的正負問題，最后根據(jù)電荷電性判斷力的方向，問題將變得簡單。引申（1）：在AB連線上放點C，使C點合力為零，則C在何處。引申（2）：在C點放入電荷后，使ABC都能處于靜止，則C點電量q為多少?解析：先判斷C點位置只能在AB之間，設距C為x，則：（2）三電荷都平衡，則對A點分析：引申：若AB為異種電荷，則C點應當在何處。分析：C點在AB連線上靠A外側(cè)。三個自由點電荷平衡問題的解題技巧三個相關(guān)點電荷都處于平衡狀態(tài)，稱為三個點電荷平衡問題．此時，三個點電荷中的每一個點電荷受到的其他兩點電荷的庫侖力必然大小相等、方向相反．該類問題規(guī)律總結(jié)如下：1．三點共線：三個點電荷一定分布在一條直線上．2．兩同夾異：兩側(cè)的點電荷電性相同，中間的點電荷的電性一定與兩側(cè)的相反．3．兩大夾?。禾幱谥虚g的點電荷的帶電量一定較?。?．近小遠大：三個點電荷中電荷量較小的兩個點電荷離得較近．（3）在AB連線的中垂線上問題（等量同種和等量異種問題）。圖一圖二通過對圖一分析可知，如果AB為等量同種電荷，則在AB連線的中垂線上，帶電粒子C所受的合力的方向沿中垂線方向，其大小由分析可知，在中垂線與AB連線的交點C處，F(xiàn)合=0，在中垂線的無窮遠處，F(xiàn)合=0，∴在中垂線上，由AB中點O至無窮遠，其合力的大小是先增大后減小的。圖二的分析同理可知，在中垂線上，合力的方向平行于AB，其大小由中點O開始至無究遠處，合力由大變小到0。五、力學規(guī)律在點電荷上的應用例、真空中，兩點電荷A和B，相距為L，質(zhì)量分別為m和2m，它們由靜止出發(fā)開始時A的加速度為a，經(jīng)過一段時間B的加速度也為a，速率為v，那么這時兩點電荷相距__________，此時A的速率為____________。解析：開始時，有：由于AB間靠靜電力作用，即只有相互作用的內(nèi)力，故系統(tǒng)動量守恒。負號表示A、B速度方向相反，大小為2v，即速率為2v。練習題型一：帶電小球的平衡問題1．如圖所示，物體P、Q可視為點電荷，電荷量相同。傾角為、質(zhì)量為M的斜面體放在粗糙水平面上，將質(zhì)量為m的物體P放在粗糙的斜面體上。當物體Q放在與P等高（連線水平）且與物體P相距為r的右側(cè)位置時，P靜止且受斜面體的摩擦力為0，斜面體保持靜止，重力加速度為g，靜電力常量為k，則下列說法正確的是（）A．P、Q所帶電荷量為B．P對斜面體的壓力為0C．斜面體受到地面的摩擦力為0D．斜面體對地面的壓力為2．如圖所示，由和兩塊光滑絕緣的平板組成的“V”形組合體固定在地面上，兩平板互相垂直，平板與地面的夾角，在兩個平板上各放置一個帶同種電荷的小球A和B，A、B所帶電荷量分別為q和，A、B恰在同一條水平線上靜止。小球A和B可看成點電荷，A的質(zhì)量為m，靜電力常量為k，，則（）A．B對A的庫侖斥力是A對B的庫侖斥力的2倍???????B．A、B兩球所受平板的支持力大小均為C．B球的質(zhì)量為??????????????????????????????????????D．A、B兩球間的距離為3．兩個可自由移動的點電荷分別放在A、B兩處，如圖所示。A處電荷帶正電荷量Q1，B處電荷帶負電荷量Q2，且Q2=5Q1，另取一個可以自由移動的點電荷Q3，放在AB直線上，欲使整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則（）A．Q3為負電荷，且放于B右方B．Q3為負電荷，且放于A左方C．Q3為正電荷，且放于A、B之間D．Q3為正電荷，且放于B右方題型二：庫侖力下的加速度問題4．如圖所示，絕緣水平面上鎖定著兩個質(zhì)量均為m，帶電荷量分別為、，體積很小的物體A和B，它們間的距離為r，與平面間的動摩擦因數(shù)均為。已知靜電力常量為k。如果解鎖使它們開始運動，則當加速度為零時，它們相距的距離為（???

）A．??B．???C．?D．5．在絕緣光滑水平面上，相隔一定距離有兩個帶同種電荷的小球，同時從靜止釋放，下列對兩個小球的運動情況描述正確的是（）A．做加速度逐漸增大的變加速直線運動B．做加速度逐漸減小的變減速直線運動C．做勻加速直線運動D．做加速度逐漸減小的變加速直線運動6．如圖所示，質(zhì)量均為m的三個帶電小球A、B、C放置在光滑絕緣的水平面上。已知A與B間、B與C間和C與A間的距離均為L，A球帶電荷量QA＝＋q，B球帶電荷量QB＝＋q。若在小球C上加一方向水平向右、大小未知的恒力F，恰好使A、B、C三小球保持相對靜止。則（??

）A．C球電性可以與A、B相同B．C球所帶電荷量的大小為qC．外力F＝D．外力F＝答案1．DA．P靜止且受斜面體的摩擦力為0，對P由平衡條件可得解得P、Q所帶電荷量為A錯誤；B．斜面對P的支持力為由牛頓第三定律可知，P對斜面體的壓力為B錯誤；C．斜面體在水平方向由平衡條件可得，斜面體受到地面的摩擦力為C錯誤；D．斜面體在豎直方向由平衡條件可得即斜面體對地面的壓力大小為，D正確。故選D。2．CA．A對B的庫侖力與B對A的庫侖力是作用力與反作用力，故大小一定相等，A錯誤；BC．對兩個球受力分析，如圖所示對A，根據(jù)平衡條件，有對B根據(jù)平衡條件，有聯(lián)立解得B錯誤C正確；D．由于庫侖力根據(jù)庫侖定律，有解得D錯誤。故選C。3．B因為每個電荷都受到其余兩個電荷的庫侖力作用，且已知Q1和Q2是異種電荷，對Q3的作用力一個為引力，一個為斥力，所以Q3要平衡就不能放在A、B之間；根據(jù)庫侖定律知，由于B處的電荷Q2電荷量較大，Q3應放在離Q2較遠而離Q1較近的地方才有可能處于平衡，故Q3應放在A的左側(cè)，要使Q1和Q2也處于平衡狀態(tài)，Q3必須帶負電，故B正確，ACD錯誤。故選B。4．A當加速度為零時，則解得故選A。5．D初速度為零的兩球帶同種電荷相互排斥。庫侖力