本试题 “下列关于电荷的说法正确的是( ) A.自然界只存在三种电荷:正电荷、负电荷和元电荷 B.体积小的带电体都是点电荷 C.物体所带的电荷量只能是某些特定的值 D...” 主要考查您对电荷、元电荷
库仑定律
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电荷、电荷守恒定律:
1.涉及电荷的基本概念
(1)电荷自然界中存在着两种电荷,它们分别为正电荷和负电荷。用毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷叫负电荷,用丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫正电荷。同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。
(2)电荷量电荷量是指物体带电的多少。电荷量是电荷的定量量度。正电荷的电荷量为正值,负电荷的电荷量为负值。尽管电荷量有正、负值(正号一般省略),但要知道这里的“+”、“-”号代表电荷的性质(种类),与数学中的正、负号的含义不同。在国际单位制中,电荷量的单位是库仑,简称库,符号c。
(3)元电荷电子和质子带有等量的异种电荷,其电荷量e: 1.60×10-19C,称为元电荷,用e表示。所有带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍,这就是说电荷量是不能连续变化的物理量。无电荷不是电荷,它是指电荷的电荷量,电荷量1.60×10-19C称为元电荷。元电荷的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的。所有带电体的电荷量等于元电荷或者等于元电荷的整数倍。质子、电子都不叫元电荷,它们电荷量的绝对值才叫元电荷。
(4)点电荷形状和大小对研究问题的影响可以忽略的带电体称为点电荷。
①点电荷是无大小、无形状、只有电荷量的一个理想化模型。在实际问题中,只有当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,带电体才可以被视为点电荷。
②一个带电体能否被视为点电荷完全取决于自身的几何形状、大小与其他带电体之间的距离的比较。即带电体很小,不一定可被视为点电荷,带电体很大,也不一定不能被视为点电荷。
(5)感应电荷当一个带电体靠近导体时,南于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷。这种现象叫做静电感应。由于静电感应而使导体两端出现的等量异号电荷通常叫做感应电荷。其特点是:不带电导体靠近带电体时,靠近带电体的一端出现与带电体电性相反的电荷,远离带电体的一端出现与带电体电性相同的电荷。
(6)场源电荷电场是由电荷产生的,我们把产生电场的电荷叫做场源电荷。
(7)试探电荷研究电场的基本方法之一是在电场中放入一带电荷量很小的点电荷,分析其受力和能量情况,借以研究电场的性质,这样的电荷称为试探电荷。作为试探电荷的带电体,基本要求是体积要小,能研究电场中每一点的性质,还要求带电体所带电荷量要少.以放入试探电荷后试探电荷对原电场的影响可忽略为原则。
(8)净电荷物体带电实质是得到或失去了电子,讨论物体带何种电荷,所带电荷量是多少,是指物体的净电荷是正还是负,物体所具有的总电荷中正、负电荷的差值是多少,电荷量是物体中净电荷的多少。
(9)比荷带电体所带电荷量与其质量之比叫做该带电体的比荷。比荷是一个重要的物理量,常用来描述微观粒子的性质,在国际单位制中其单位为库仑每千克,符号 C/kg。
库仑定律:
“割补”法处理非点电荷间的静电力问题:
在应用库仑定律解题时,由于其适用条件是点电荷,所以造成了一些非点电荷问题的求解困难,对于环形或球形缺口问题,“割补法”非常有效。所谓“割”是指将带电体微元化,再利用对称性将带电体各部分所受电场力进行矢量合成。所谓“补”是将缺口部分先补上,使带电体能作为点电荷来处理。
静电力作用的平衡与运动类问题的解法:
带电体在静电力参与下的运动,从运动轨迹来看可以有直线运动、曲线运动;从运动性质来看可以是匀变速运动,也可以是变加速运动;从参与运动的研究对象来看可以是单一的物体,也可以是多物体组成的系统等。物体或者系统在静电力作用下处于平衡状态或某种形式的运动时,解决思路与力学中同类问题的解决思路相同,仍需选定研究对象后进行受力分析,再利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。但需注意库仑力的特点,特别是在动态平衡问题、运动问题中,带电体间距离发生变化时,库仑力也要发生变化,要分析力与运动的相互影响。整体法与隔离法是解决连接体问题的有效方法,在通过静电力联系在一起的系统,也要注意考虑整体法与隔离法的选择。
知识拓展:
三个点电荷在相互间作用力作用下处于平衡时的规律
规律一:三个点电荷的位置关系是“同性在两边,异性在中间”:如果三个点电荷只在库仑力的作用下能够处于平衡状态,则这三个点电荷一定处于同一直线上,且有两个是同性电荷,一个是异性电荷,两个同性电荷分别在异性电荷的两边。
规律二:中间的电荷所带电荷量是三个点电荷中电荷量最小的;两边同性电荷谁的电荷量小,中间异性电荷就距谁近一些.
证明:如图所示,甲、乙、丙三个点电荷处于平衡状态,它们的电荷量分别为甲与乙、乙与丙之间的距离分别为设为正电荷,则为负电荷。由公式F=qE知,三个电荷能够处于平衡状态,说明甲、乙、丙三个电荷所在处的合场强为0。
乙、丙两点电荷在甲处产生的场强分别为
两场强在甲处大小相等,方向相反,合场强等于零,故,由此式可知同理可证
规律三:三个点电荷的电荷量满足
证明:三个点电荷能够同时处于平衡状态,则三个点电荷之间的库仑力相等,即
整理该式易得,
联立两式得
三个自由电荷都处于平衡状态时,则口诀概括为 “三点共线,两同夹异(同性在两边,异性在中间),两大夹小,近小远大,高考不怕”。由此可以迅速、准确地确定三个电荷的相对位置及电性。
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