一、电荷间的互相作用
1.点电荷:当电荷本身的大小比起它到其他带电体的距离小得多,这样可以忽视电荷在带电体上的具体分布情况,把它具象成一个几何点。这样的带电体就称作点电荷。点电荷是一种理想化的化学模型。VS质点
2.带电体看做点电荷的条件:
①两带电体间的距离远小于它们大小;
②两个电荷均匀分布的绝缘小球。
3.影响电荷间互相作用的诱因:①距离;②电量;③带电体的形状和大小
二、库仑定理
美国工程学天才库仑(C.A.,1736—1806)是企图通过直接检测来找寻电力规律的第一人。他先前研究热学,曾发觉固体间的滑动磨擦定理f=μN。他还是研究和制做扭秤的专家,并得出扭秤金属悬丝所受的扭扭矩与扭转角度成反比,比列系数与细丝的厚度、直径、切变弹性挠度等有关。
库仑在1784至1785年间设计制做了一台精致的才能测出10-8N微弱斥力的扭秤,用以检测两个带同号电荷的点电荷之间的电作用力。所谓点电荷(),是指这样的带电体,它本身的几何线度比起它到其他带电体的距离小得多。于是,在研究问题时,它的形状和电荷在其中的分布就无关紧要了,因而我们可以把它具象成一个几何点。点电荷的概念类似于热学中的质点库仑定律,是一种理想化的化学模型。
库仑的扭秤实验如上图所示,在金属细丝下悬挂一根杆秤,杆秤的一端是一带电小球A,另一端有平衡体P.在A旁还置有另一与它大小一样的固定带电小球B。因A球受B球的电力使杆秤偏转,转动细丝下端的旋钮,可使A球回复到原先位置。因为细丝所受扭扭矩等于A球所受电力矩,而扭扭矩与旋钮表针转过的角度成反比,所以电力矩的大小可以通过扭转角来比较和检测。库仑认定,与引力中的质量类似,电力的大小取决于A、B两小球所带电量的乘积,接着通过扭秤的拐角比较各类距离下A、B两球之间的电力。库仑测出,当两球宽度离之比为36:18:8.5时,相应的扭转角为36°、144°、576°,即当两球宽度离减少为一半和约四分之一时,其间的电力减小为4倍和16倍。由此他得出:两个带同种电荷的点电荷之间的互相敌视力和它们之宽度离的平方成正比。这就是库仑扭秤实验的推论。
库仑扭秤实验的上述结果是用带电木髓小球A和B得出的,电力与A、B两球所带电量乘积成反比是库仑的假设。据日本科学史家霍尔顿考证,库仑也曾用带电金属球A、B做过实验。考虑到两个相同的带电金属小球相互接触后,它们各自所带的电量相等,假如把一个带电的金属小球和另一个不带电的完全相同的金属小球接触库仑定律,后者的电量都会分给前者一半。库仑用这个方式,获得了电量分别为q,q/2,q/4,q/8…的带电小球,拿来研究电力和电量的关系,得出了或则说验证了电力与A、B两球所带电量乘积成反比的事
把上述实验规律概括上去,可用文字叙述为:在真空中两个静止点电荷间的斥力跟它们的电荷的乘积成反比,跟它们距离的平方成正比,斥力的方向在它们的连线上。
(静电力常量——k=9.0×109N·m2/C2)
注意:
1.定理创立条件:真空、点电荷
2.静电力常量——k=9.0×109N·m2/C2(库仑扭秤)
3.估算库仑力时,电荷只代入绝对值
4.方向在它们的连线上,同种电荷相斥,异种电荷相吸
5.两个电荷间的库仑力是一对互相斥力
库仑扭秤实验、控制变量法
例题:两个带电量分别为+3Q和-Q的点电荷分别固定在相距为2L的A、B两点,如今AB连线的中点O放一个带电量为+q的点电荷。求q所受的库仑力。
三、对库伦公式的理解
(1)有人依据公式得到这样的推论当r无限接近于零时f就变的无限大,这是一个有问题的推论,假如单单从物理公式的角度去看,得出这样的推论是没有问题的,而且问题是这个公式不是物理公式,而是个数学公式,公式里的化学量都有实际意义,当r很小的时侯首先电荷的大小就不再是远大于她们之间的距离了,也就是当r小到一定程度时,电荷就丧失了作为点电荷的条件,既然电荷不能被看成点电荷,这么库伦定理公式也就不适用了。
(2)当出现多个带电体同时存在时,每两个带电体之间的电荷间互相斥力一直遵循库仑定理。
(3)当某一个带电体同时遭到多个带电体对它的库仑力作用时,仍然可以用平行四边形定则,求出其所受的合力。
(4)可以将估算库仑力的大小和判定库仑力的方向二者分别进行,也就是估算库仑力时把两个点电荷的电荷量数值带入公式时不把正负号带入公式,之后再依据两个点电荷的电性进行库伦力方向的判定,同种电荷互相抵触,异种电荷互相吸引。
(5)库仑力也叫静电力是按性质命名的,不是疗效力,他与重力弹力等一样具有自己的特点,也同样遵循牛顿第三定理。
四、库仑力的求解与应用
(1)他具有一切力所具有的性质,所以它是矢量,合成分解时同样遵守平行四边形定则,与其他性质的力一起作用于物体上,使物体发生形变,形成加速度等。
(2)怎样确定库仑力的大小和方向:
第一点,确定研究对象q1和q2。
第二点,找出q1和q2之间的距离。
第三点,按照公式求库仑力。
第四点,按照q1q2电性求力的方向。
(3)库伦力叠加原理,对于两个以上点电荷组成的系统,其中每一个点电荷所受的总的静电力,等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的斥力的矢量和,这就是叠加原理,估算时也就是同样遵守平行四边形法则。
五.关于三个自由的点电荷只受库仑力作用下平衡的问题:
(1)三个点电荷一定在同一条直线上,同种电荷置于两侧异种电荷置于中间,且紧靠电量小了的一边。
(2)上一条可以简单记忆成“两同夹一异,两大夹一小,近小远大”
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