第5 电荷与库仑力.doc

第5讲 电荷 库仑定律基础过关一、电荷的基本性质1自然界中只有两种电荷：正电荷与负电荷.2电荷间通过电场发生相互作用，即电荷电场电荷.同种电荷相斥，异种电荷相吸.同种电荷在一起互相加强，异种电荷在一起互相减弱.二、物体带电的实质及方式1物体由原子组成，原子由原子核和核外电子构成.原子核带正电，电子带负电.若物体带有等量的正负电荷，则对外表现为不带电的状态，即呈电中性.呈电中性的物体失去电子带正电，得到电子带负电，物体带电的实质是电子的得失.2物体带电的三种方式：摩擦起电，感应起电和接触带电.3由带电实质可知，物体带电量是不连续的，总是电子电量的整数倍，即Q=ne e=1.61019C称为元电荷.三、库仑定律1内容：在真空中两个点电荷间作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上.2公式：式中表示静电力（库仑力Q1、Q2是两点电荷的电量；r是点电荷间的距离；式中k为静电力常量k=9.0109 Nm2/C2）3适用条件：该公式适用：真空中；点电荷，点电荷为理想化模型，对任何形状的带电体若它本身的线度跟所研究的空间相比是非常小，则可不考虑其形状大小，把它视为点电荷.考点突破一、两种电荷、电荷守恒 1两种电荷：自然界中存在两种电荷，即正电荷和负电荷.起电的方法：（1）摩擦起电：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷.（2）感应起电：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应，利用静电感应使物体带电，叫做感应起电.（3）接触带电：两个完全相同的金属球相接触后有等分净电荷的特性.净电荷即发生同种电荷的叠加，异种电荷的中和之后，剩余的电荷量.方法梳理一、库仑定律的应用1计算题中电荷量均取绝对值，相互作用力的方向根据同种电荷相斥，异种电荷相吸引定性判断.2库仑定律只适于真空中两个点电荷的相互作用，但两个均匀带电球体相距较远时，也可视为点电荷，r应指两球体的球心距离，当r0时，电荷不能看成点电荷，库仑定律不再适用.二、处理重力的方法 1对电子、质子、粒子等微观粒子，由于F静F万，计算如无特殊说明，一般均忽略万有引力的影响.2对带电小球、带电油滴、带电尘埃等“宏观”物体，计算如无特殊说明，一般要考虑重力.3题目中涉及关于重力平衡问题，必须考虑重力.三、自由点电荷共线平衡问题例 已知真空中的两个自由点电荷A和B, ,相距L如图1所示。若在直线AB上放一自由电荷C,让A、B、C都处于平衡状态，则对C的放置位置、电性、电量有什么要求？ 图1A B解析：此问题属于力学的平衡问题，每个点电荷都处于另外两个点电荷的电场中，都符合。找出点电荷A、B的合场强为零的点放C，根据题中A、B的电性可知的点必定在A、B外侧，再根据，结合A、B的电量得出的点必定在B的外侧靠近电量较小的B。 L X图2A B C 设C的带电量,距B的距离为X，如图2所示 对C： 代入数据解得X=2L因为约去，所以对于C只要放的位置符合它就可以平衡，A、B要平衡就得对C电性、电量有要求。C若带负电A、B都不能平衡，故C带正电。对B ： 代入数据解得Q=9Q A B C 此题也可以对A和B或者A和C列出二个力的平衡等式，解答结果一样。实质是三个物体共受3对相互作用力，根据平衡条件和牛FCA FBA FAB FCB FBC FAC顿第三定律可以由“二平衡”推出“三平衡，即“六力三平衡”，如图3所示。图3小结：由此题我们可以得出三自由点电荷共线平衡问题有如下特点 三自由点电荷电性必为“两同一异”。若三者均带同种电荷，无论怎么放，外侧点电荷都不可能平衡。 异种电荷必放中间。若异种电荷B放外侧，它本身不可能平衡。 放在内侧的异种电荷B电量最小。因为若QBQC，则FBA FCa，A不能平衡。若QBQA，则 FBC FAC，C不能平衡。 即共线平衡的三个自由电荷，电性是“两侧同，中间异”，电量是“夹小”指中间电荷电量最小，“靠小”指中间电荷靠近电量较小的电荷。 四、三自由点电荷共线不平衡（具有共同的加速度）问题例 质量均为m的三个小球A、B、C放置在光滑的绝缘水平面的同一直线上，彼此相隔L。A球带电量，若在小球C上外加一个水平向右的恒力F，如图4所示，要使三球间距始终保持L运动，则外力F应为多大？C球的带电量有多大？ 解析：题中每个小球都具有共同的向右加速度，显然C应带负电，才对AB均有向右引力。根据库仑定律和牛顿第二定律，选向右为正方向对A： 图4A B C F对B： 由解得 ， ,对A、B、C整体：小结：如果多个物体具有共同的恒定的加速度，那就得灵活运用隔离法与整体法解题。图像问题。典型例题例1 如图9-1-1所示，q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距离为l1，q2与q3之间的距离为l2，且每个电荷都处于平衡状态(1)如q2为正电荷，q1为 电荷，q3为 电荷(2)q1、q2、q3三者电量大小之比 ： ： . 图9-1-1变式训练1在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和-Q的点电荷.（1）将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？（2）若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？课堂练习：1.如图所示，两个带电小球A、B分别用细丝线悬吊在同一点O，静止后两小球在同一水平线上，丝线与竖直方向的夹角分别为、 ()，关于两小球的质量m1 、m2和带电量q1 、q2，下列说法中正确的是 A.一定有m1m2， q1q2 B.可能有m1q2C.可能有m1=m2， q1=q2 D.可能有m1m2， q1=q2BAO2.两个大小相同的小球带有不等量的电荷，它们相隔某一距离时，相互作用的库仑力大小为F1现将两小球接触后又放回到原位置，它们之间相互作用的库仑力大小为F2下列说法中正确的是 A.若F1F2，则两小球原来所带电的电性一定相反B.若F1F2，则两小球原来所带电的电性一定相反3.半径为r的两个带电金属小球，球心相距3r，每个小球带电量都是+q，设这两个小球间的静电力大小为F，则下列式子中正确的是 A. B. C. D.AB4.如图所示，两根细丝线悬挂两个