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文檔簡介
1、1靜電場靜電場電荷庫侖定律典例精析典例精析1.1.理解:電荷的代數(shù)和的含義理解:電荷的代數(shù)和的含義【例1】真空中兩個靜止的點電荷相距10cm,它們之間的相互作用力大小為910-4N,當(dāng)它們結(jié)合在一起時,形成一個帶電荷量為310-8C的點電荷,原來兩個點電荷所帶電荷量各為多少?某同學(xué)求解如下:根據(jù)電荷守恒定律:q1+q2=310-8C=a①根據(jù)庫侖定律:q1q2=Fr2k=910-4(1010-2)2(9109)C2=110-15C2=b
2、以q2=bq1代入①式得q-aq1+b=0,解得21q1=(a)=(310-8)C12ba42?12910-16-410-15根號中的數(shù)值小于0,經(jīng)檢查,運算無誤.試指出求解過程中的問題并給出正確的解答.【解析】題中僅給出相互作用力的大小,不能確定兩個點電荷的電性,所以可能帶同種電荷,也可能帶異種電荷,該同學(xué)只按同種電荷計算,無解,說明兩個點電荷可能帶異種電荷,應(yīng)再解:由q1-q2=310-8C=a,q1q2=110-15C2=b得q-
3、aq1-b=021由此解得q1=510-8C,q2=210-8C【思維提升】(1)在應(yīng)用庫侖定律,通過庫侖力求電荷量時,只能求出兩個電荷量的乘積,若要再分別求兩個電荷量,必須考慮到由于帶電性的相同和不同會出現(xiàn)的多解.(2)應(yīng)用電荷守恒定律時,要理解“電荷的代數(shù)和”的含義,列方程時要注意電荷量的正、負號.2.2.庫侖定律的應(yīng)用庫侖定律的應(yīng)用【例2】有三個點電荷甲、乙、丙,甲帶電荷量為+Q,乙?guī)щ姾闪繛椋璹,且Qq.每一個電荷受其他兩個電荷
4、的電場作用力的合力均為零,則()A.丙的位置一定在甲和乙的連線的延長線上,且距乙較近B.丙一定帶正電荷C.丙所帶的電荷量q′一定大于qD.丙所帶的電荷量一定小于Q【解析】由兩力平衡的條件可知丙一定在甲、乙連線上.因甲所帶電荷量大于乙,丙受力平衡,F(xiàn)甲丙=F乙丙即k,=1,丙應(yīng)距乙近些.如果丙在甲、乙之間則丙不能平衡,所以丙應(yīng)在甲、乙連線的延長線上,22丙丙丙丙rqqkrqQ???qQ22丙丙丙丙rrA對.如果丙帶負電荷,則乙不能平衡,所
5、以丙一定帶正電荷,B對.對甲作受力分析有F丙甲=F乙甲,k,=1,q′q.所以丙所帶的電荷量q′一定大22丙丙丙丙rqqkrqQ???q′q22丙丙丙丙rr于q,C對.無法判斷丙所帶的電荷量與Q的大小關(guān)系,D錯.【答案】ABC【思維提升】(1)要綜合運用受力分析和物體平衡的知識解題.(2)三個自由電荷,僅在靜電力作用下平衡時,遵循的規(guī)律為“三點共線,兩多夾少,兩同夾異”.【拓展2】如圖所示,有三個點電荷q1、q2和q3,固定在同一直線上
6、,q2與q3的距離是q1與q2的距離的2倍.如果每個電荷受到的庫侖力均為零,則三者所帶電荷量之比為()A.(-9)∶4∶(-36)B.9∶4∶36C.(-3)∶2∶6D.3∶2∶6【解析】三個固定電荷受到的靜電力均為零,可以等效為三個平衡的自由電荷,根據(jù)“三點共線,兩多夾少,兩3【例2】如圖所示,分別在A、B兩點放置點電荷Q1=+210-14C和Q2=-210-14C.在AB的垂直平分線上有一點C,且AB=AC=BC=610-2m.求:
7、(1)C點的場強;(2)如果有一個電子靜止在C點,它所受的庫侖力的大小和方向如何.【解析】(1)本題所研究的電場是點電荷Q1和Q2所形成的電場的合電場.因此C點的場強是由Q1在C處場強E1C和Q2在C處的場強E2C的合場強.根據(jù)E=k得:2rQE1C=k=9.0109NC=0.05NC211rQ210-14(610-2)2方向如圖所示.同理求得:E2C=k=0.05NC,方向如圖所示.212rQ根據(jù)平行四邊形定則作出E1C和E2C的合場
8、強如圖所示.△CE1CEC是等邊三角形,故EC=E1C=0.05NC,方向與AB平行指向右.(2)電子在C點所受的力的大小為:F=qEC=1.610-190.05N=0.810-20N因為電子帶負電,所以方向與EC方向相反.【思維提升】(1)解決此類問題,需要巧妙地運用對稱性的特點,將相互對稱的兩個點電荷的場強進行疊加.(2)不在同一直線上電場的疊加要根據(jù)電荷的正、負,先判斷場強的方向,然后利用矢量合成法則,結(jié)合對稱性分析疊加結(jié)果.【拓
9、展2】如圖所示,空間中A、B、C三點的連線恰構(gòu)成一直角三角形,且∠C=30,AB=L,在B、C兩點分別放置一點電荷,它們的電荷量分別是+Q和-Q.(靜電力常量為k)求:(1)斜邊AC的中點D處的電場強度;(2)為使D處的電場強度方向與AB平行,則應(yīng)在A處再放一個什么樣的電荷.【解析】(1)連接B、D,由幾何關(guān)系知,D為BC中垂線上的點,且r=BD=DC=L,則兩點電荷在D處產(chǎn)生的場強,如圖甲,EB=EC=k22LkQrQ?E1=2EBs
10、in60=EB=,方向沿B→C方向.323LkQ(2)應(yīng)在A處放置一個負電荷.如圖乙所示,EA和E1合成后與AB平行,由幾何關(guān)系知EA==k=2k①?60sin1E32LQ232LQ又EA=k,即QA=②2rQAkrEA2?聯(lián)立①②式解得QA=2Q3.3.與電場力有關(guān)的力學(xué)問題與電場力有關(guān)的力學(xué)問題【例3】如圖所示,帶等量異種電荷的平行金屬板,其間距為d,兩板間電勢差為U,極板與水平方向成37角放置,有一質(zhì)量為m的帶電微粒,恰好沿水平方
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