浅谈放置电荷的平衡问题.doc

浅谈放置电荷的平衡问题盖州市第二高级中学 王海峡内容摘要：本文讨论三个电荷的放置使其平衡问题：在光滑绝缘水平面上，两个电荷固定，放置第三个电荷使其平衡；三个电荷都不固定，使其平衡。关键词：电荷，平衡。 高中物理中的电学问题一直以来都是难点之一，在本文中我们要探讨关于“怎样放置电荷”的问题。本问题出现在静电场开章的第二课库仑定律一课中，是本课的一个难点，也是综合性较强的问题，它集中前面学习的受力平衡问题，牛顿第二定律及本课学生新学习的库仑定律。这三个问题都是高中物理中重量级部分，现在综合起来应用，怎样展开才能让知识点深入浅出呢？下面谈一谈我的看法。 本知识点可分为两方面来理解：第一 两个电荷被固定，放入第三个电荷使其平衡。具体实例1：A,B两球被固定，相距为L，带电量分别为+Q，-2Q.第三个与A,B完全相同的小球C带电量为+1.5Q，那么第三个小球如何放置能使其平衡？具体实例2：在真空中有两个相距为r的点电荷A,B，带电量分别为q1=-q,q2=4q,若A,B固定，在什么位置放入第三个点电荷可使其处于平衡状态，平衡条件中对q3的电荷量及正负有无要求呢？ 对于实例1，可以分别考虑把小球C放在A球左边，A,B两球之间，B球右边三个区域是否平衡，考虑内容包括受力方向及受力大小，由库仑定律最终得出结论：只要被固定的两个点电荷是不等量的异种电荷，第三个点电荷只能放在离小电荷量电荷近一点的外侧，对于实例2，可在实例1结论的基础上进一步论证发现：与放置的第三个点电荷的电量，电性均无关。继续从以上两个方面（受力方向，受力大小）讨论，不难得出以下结论：若被固定的两点电荷是不等量的同种电荷，第三个点电荷应放在他们中间，靠近小电量电荷。为了问题的全面性，我们继续讨论若被固定的两点电荷是等量异种电荷，通过论证最终发现此时第三个电荷放在何处都不会平衡。第二 三个电荷都不固定，使其处于平衡状态。 具体实例1：现有一光滑绝缘面上放A,B两球相距为r带电量分别为-q，+4q，C球与A,B两球完全相同，带电量+2q,那么C球放在何处能使A,B,C三球处于平衡状态？具体实例2：光滑绝缘面上放A,B两球相距为r带电量分别为+2q，+4q，C球与A,B两球完全相同，带电量为+2q，那么C球放在何处能使A,B,C三球处于平衡状态？ 分析完电性后，若只求第三个点电荷的位置，对其中一个点电荷列受力平衡方程。若求第三个点电荷的位置及电量，对其中两个点电荷列受力平衡方程。最终得出三个电荷都不固定，使其处于平衡状态的放置原则为：电量上，两大夹小；电性上，两同夹异。 在光滑绝缘面上，三个小球都不固定而处于平衡状态。已知两个小球的电量和电性，而第三个小球电量电性未知时，第三个小球的特性会有什么规律可循呢？具体实例：真空中有两个相距为r 的点电荷A,B。带电量分别为q1=-q,q2=4q.放入电荷q3 若三个点电荷都在光滑绝缘面上，处于平衡状态。对q3的带电量及正负有何要求？我们可以根据以上得出的“两大夹小，两同夹异”的法则，判定q3 只能是正电荷，且只能放在A的左侧，并对三个电荷中的两个电荷用库仑定律列力的平衡方程，最终得出以下结论：在光滑绝缘面上三个小球都不固定而处于平衡状态，已知两个小球的电量和电性，而第三个小球的电量电性均未知时，第三个小球电性与大电荷量的那个小球相同。 放置电荷问题是对学生刚刚接触的库仑定律的一个很好的掌握和巩固，在熟悉库仑定律表达式的基础上还能训练学生关于力的平衡方程的加强。并且处理清楚放置电荷问题，还能让学生从思维上认识到作为新学的物理对象电荷，在做题时不但要考虑它们之间的受力（库伦力）平衡问题，还要兼顾电荷的电量，电性所带来的一系列问题。总之，在高中物理中，电荷放置问题要有条理的详细讲解，分块分层，层层渐进，由浅入深，由表及里。观察学生的反应情况，最好提出问题让学生自己讨论，看他们能想到哪里。一般情况下，经过课堂讨论，学生各抒己见，最终把学生的想法汇集起来，就能很全面的理解这个知识点。如果教师强行灌输，一款一条的生硬罗列，学生接受起来会很困难，并且课堂气氛也会很沉闷，效果很差。 综上所述，两电荷被固定，放入第三个电荷使其平衡，若被固定的两个点电荷是不等量异种电荷，第三个点电荷只能放在离小电荷量电荷近一点的外侧，与第三个点电荷的电量，电性均无关。若被固定的两点电荷是不等量同种电荷，第三个点电荷应放在他们中间，靠近小电荷量电荷。若被固定的两点电荷是等量异种电荷，则第三个点电荷放在何处都不会平衡。若三个电荷都不固定，则其平衡状态的放置原则是：电量上，两大夹小；