【高中物理】庫侖定律知識(shí)點(diǎn)及應(yīng)用

【高中物理】庫侖定律知識(shí)點(diǎn)及應(yīng)用一、兩種電荷：點(diǎn)電荷、元電荷、比荷點(diǎn)電荷：1．點(diǎn)電荷是理想化的物理模型：點(diǎn)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(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際中并不存在．2．帶電體看成點(diǎn)電荷的條件：一個(gè)帶電體能否看成點(diǎn)電荷，是相對(duì)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(jì)，此時(shí)帶電體就可以視為點(diǎn)電荷．3．易混淆的幾個(gè)概念：比較項(xiàng)點(diǎn)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(shí)質(zhì)物理模型最小電荷量帶電物體聯(lián)系(1)點(diǎn)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(yuǎn)小于所研究問題的距離時(shí)，小帶電體可視為點(diǎn)電荷元電荷：把1.6×10-9C即電子所帶電荷的絕對(duì)值稱為元電荷。研究原子核、基本粒子時(shí)，以元電荷為單位。二、電荷守恒定律帶電的過程，實(shí)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，而正、負(fù)電荷代數(shù)和保持不變。三、庫侖定律內(nèi)容：靜止點(diǎn)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(diǎn)電荷：形狀及大小忽略不計(jì)，理想模型，能視為點(diǎn)電荷的帶電球體，則r為球心距離。（2）實(shí)際球體間相互作用力，如圖（不能視為點(diǎn)電荷）四、庫侖定律的應(yīng)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(diǎn)電荷間相互作用問題。例、真空中兩點(diǎn)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(fù)電的粒子－q在C點(diǎn)和D點(diǎn)受到的兩靜電力的合力有多大？解析：在C點(diǎn)，則同理求D點(diǎn)。說明：在用庫侖定理計(jì)算靜電力時(shí)，先用公式計(jì)算大小，不考慮電荷的正負(fù)問題，最后根據(jù)電荷電性判斷力的方向，問題將變得簡(jiǎn)單。引申（1）：在AB連線上放點(diǎn)C，使C點(diǎn)合力為零，則C在何處。引申（2）：在C點(diǎn)放入電荷后，使ABC都能處于靜止，則C點(diǎn)電量q為多少?解析：先判斷C點(diǎn)位置只能在AB之間，設(shè)距C為x，則：（2）三電荷都平衡，則對(duì)A點(diǎn)分析：引申：若AB為異種電荷，則C點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在何處。分析：C點(diǎn)在AB連線上靠A外側(cè)。三個(gè)自由點(diǎn)電荷平衡問題的解題技巧三個(gè)相關(guān)點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài)，稱為三個(gè)點(diǎn)電荷平衡問題．此時(shí)，三個(gè)點(diǎn)電荷中的每一個(gè)點(diǎn)電荷受到的其他兩點(diǎn)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(diǎn)共線：三個(gè)點(diǎn)電荷一定分布在一條直線上．2．兩同夾異：兩側(cè)的點(diǎn)電荷電性相同，中間的點(diǎn)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(diǎn)電荷的帶電量一定較小．4．近小遠(yuǎn)大：三個(gè)點(diǎn)電荷中電荷量較小的兩個(gè)點(diǎn)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(duì)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(diǎn)C處，F(xiàn)合=0，在中垂線的無窮遠(yuǎn)處，F(xiàn)合=0，∴在中垂線上，由AB中點(diǎn)O至無窮遠(yuǎn)，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(diǎn)O開始至無究遠(yuǎn)處，合力由大變小到0。五、力學(xué)規(guī)律在點(diǎn)電荷上的應(yīng)用例、真空中，兩點(diǎn)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(shí)A的加速度為a，經(jīng)過一段時(shí)間B的加速度也為a，速率為v，那么這時(shí)兩點(diǎn)電荷相距__________，此時(shí)A的速率為____________。解析：開始時(shí)，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(dòng)量守恒。負(fù)號(hào)表示A、B速度方向相反，大小為2v，即速率為2v。練習(xí)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(diǎn)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(dāng)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(shí)，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(duì)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(duì)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(gè)平板上各放置一個(gè)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(diǎn)電荷，A的質(zhì)量為m，靜電力常量為k，，則（）A．B對(duì)A的庫侖斥力是A對(duì)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(gè)可自由移動(dòng)的點(diǎn)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(fù)電荷量Q2，且Q2=5Q1，另取一個(gè)可以自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷Q3，放在AB直線上，欲使整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則（）A．Q3為負(fù)電荷，且放于B右方B．Q3為負(fù)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(gè)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(dòng)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(yùn)動(dòng)，則當(dāng)加速度為零時(shí)，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(gè)帶同種電荷的小球，同時(shí)從靜止釋放，下列對(duì)兩個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)情況描述正確的是（）A．做加速度逐漸增大的變加速直線運(yùn)動(dòng)B．做加速度逐漸減小的變減速直線運(yùn)動(dòng)C．做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D．做加速度逐漸減小的變加速直線運(yùn)動(dòng)6．如圖所示，質(zhì)量均為m的三個(gè)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(duì)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(duì)P由平衡條件可得解得P、Q所帶電荷量為A錯(cuò)誤；B．斜面對(duì)P的支持力為由牛頓第三定律可知，P對(duì)斜面體的壓力為B錯(cuò)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(cuò)誤；D．斜面體在豎直方向由平衡條件可得即斜面體對(duì)地面的壓力大小為，D正確。故選D。2．CA．A對(duì)B的庫侖力與B對(duì)A的庫侖力是作用力與反作用力，故大小一定相等，A錯(cuò)誤；BC．對(duì)兩個(gè)球受力分析，如圖所示對(duì)A，根據(jù)平衡條件，有對(duì)B根據(jù)平衡條件，有聯(lián)立解得B錯(cuò)誤C正確；D．由于庫侖力根據(jù)庫侖定律，有解得D錯(cuò)誤。故選C。3．B因?yàn)槊總€(gè)電荷都受到其余兩個(gè)電荷的庫侖力作用，且已知Q1和Q2是異種電荷，對(duì)Q3的作用力一個(gè)為引力，一個(gè)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(yīng)放在離Q2較遠(yuǎn)而離Q1較近的地方才有可能處于平衡，故Q3應(yīng)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(fù)電，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。4．A當(dāng)加速度為零時(shí)，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