淺談放置電荷的平衡問題.doc

淺談放置電荷的平衡問題蓋州市第二高級中學(xué) 王海峽內(nèi)容摘要：本文討論三個電荷的放置使其平衡問題：在光滑絕緣水平面上，兩個電荷固定，放置第三個電荷使其平衡；三個電荷都不固定，使其平衡。關(guān)鍵詞：電荷，平衡。 高中物理中的電學(xué)問題一直以來都是難點之一，在本文中我們要探討關(guān)于“怎樣放置電荷”的問題。本問題出現(xiàn)在靜電場開章的第二課庫侖定律一課中，是本課的一個難點，也是綜合性較強的問題，它集中前面學(xué)習(xí)的受力平衡問題，牛頓第二定律及本課學(xué)生新學(xué)習(xí)的庫侖定律。這三個問題都是高中物理中重量級部分，現(xiàn)在綜合起來應(yīng)用，怎樣展開才能讓知識點深入淺出呢？下面談一談我的看法。 本知識點可分為兩方面來理解：第一 兩個電荷被固定，放入第三個電荷使其平衡。具體實例1：A,B兩球被固定，相距為L，帶電量分別為+Q，-2Q.第三個與A,B完全相同的小球C帶電量為+1.5Q，那么第三個小球如何放置能使其平衡？具體實例2：在真空中有兩個相距為r的點電荷A,B，帶電量分別為q1=-q,q2=4q,若A,B固定，在什么位置放入第三個點電荷可使其處于平衡狀態(tài)，平衡條件中對q3的電荷量及正負(fù)有無要求呢？ 對于實例1，可以分別考慮把小球C放在A球左邊，A,B兩球之間，B球右邊三個區(qū)域是否平衡，考慮內(nèi)容包括受力方向及受力大小，由庫侖定律最終得出結(jié)論：只要被固定的兩個點電荷是不等量的異種電荷，第三個點電荷只能放在離小電荷量電荷近一點的外側(cè)，對于實例2，可在實例1結(jié)論的基礎(chǔ)上進一步論證發(fā)現(xiàn)：與放置的第三個點電荷的電量，電性均無關(guān)。繼續(xù)從以上兩個方面（受力方向，受力大小）討論，不難得出以下結(jié)論：若被固定的兩點電荷是不等量的同種電荷，第三個點電荷應(yīng)放在他們中間，靠近小電量電荷。為了問題的全面性，我們繼續(xù)討論若被固定的兩點電荷是等量異種電荷，通過論證最終發(fā)現(xiàn)此時第三個電荷放在何處都不會平衡。第二 三個電荷都不固定，使其處于平衡狀態(tài)。 具體實例1：現(xiàn)有一光滑絕緣面上放A,B兩球相距為r帶電量分別為-q，+4q，C球與A,B兩球完全相同，帶電量+2q,那么C球放在何處能使A,B,C三球處于平衡狀態(tài)？具體實例2：光滑絕緣面上放A,B兩球相距為r帶電量分別為+2q，+4q，C球與A,B兩球完全相同，帶電量為+2q，那么C球放在何處能使A,B,C三球處于平衡狀態(tài)？ 分析完電性后，若只求第三個點電荷的位置，對其中一個點電荷列受力平衡方程。若求第三個點電荷的位置及電量，對其中兩個點電荷列受力平衡方程。最終得出三個電荷都不固定，使其處于平衡狀態(tài)的放置原則為：電量上，兩大夾??；電性上，兩同夾異。 在光滑絕緣面上，三個小球都不固定而處于平衡狀態(tài)。已知兩個小球的電量和電性，而第三個小球電量電性未知時，第三個小球的特性會有什么規(guī)律可循呢？具體實例：真空中有兩個相距為r 的點電荷A,B。帶電量分別為q1=-q,q2=4q.放入電荷q3 若三個點電荷都在光滑絕緣面上，處于平衡狀態(tài)。對q3的帶電量及正負(fù)有何要求？我們可以根據(jù)以上得出的“兩大夾小，兩同夾異”的法則，判定q3 只能是正電荷，且只能放在A的左側(cè)，并對三個電荷中的兩個電荷用庫侖定律列力的平衡方程，最終得出以下結(jié)論：在光滑絕緣面上三個小球都不固定而處于平衡狀態(tài)，已知兩個小球的電量和電性，而第三個小球的電量電性均未知時，第三個小球電性與大電荷量的那個小球相同。 放置電荷問題是對學(xué)生剛剛接觸的庫侖定律的一個很好的掌握和鞏固，在熟悉庫侖定律表達(dá)式的基礎(chǔ)上還能訓(xùn)練學(xué)生關(guān)于力的平衡方程的加強。并且處理清楚放置電荷問題，還能讓學(xué)生從思維上認(rèn)識到作為新學(xué)的物理對象電荷，在做題時不但要考慮它們之間的受力（庫倫力）平衡問題，還要兼顧電荷的電量，電性所帶來的一系列問題?？傊?，在高中物理中，電荷放置問題要有條理的詳細(xì)講解，分塊分層，層層漸進，由淺入深，由表及里。觀察學(xué)生的反應(yīng)情況，最好提出問題讓學(xué)生自己討論，看他們能想到哪里。一般情況下，經(jīng)過課堂討論，學(xué)生各抒己見，最終把學(xué)生的想法匯集起來，就能很全面的理解這個知識點。如果教師強行灌輸，一款一條的生硬羅列，學(xué)生接受起來會很困難，并且課堂氣氛也會很沉悶，效果很差。 綜上所述，兩電荷被固定，放入第三個電荷使其平衡，若被固定的兩個點電荷是不等量異種電荷，第三個點電荷只能放在離小電荷量電荷近一點的外側(cè)，與第三個點電荷的電量，電性均無關(guān)。若被固定的兩點電荷是不等量同種電荷，第三個點電荷應(yīng)放在他們中間，靠近小電荷量電荷。若被固定的兩點電荷是等量異種電荷，則第三個點電荷放在何處都不會平衡。若三個電荷都不固定，則其平衡狀態(tài)的放置原則是：電量上，兩大夾??；