2019高考物理模型系列之对象模型专题06静电场中的点电荷模型学案

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1、专题06静电场中的点电荷模型模型界定点电荷是一种理想化模型，主要特征是带电体的形状与大小可以忽略．本模型中涉及到的问题有点电荷的平衡、点电荷的场强与电势、电场的迭加、带电粒子在点电荷电场中的运动等．模型破解1.点电荷之间的相互作用力(i)库仑定律真空中两个静止点电荷的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用的方向在它们的连线上.(ii)适用条件(I)真空中，(II)点电荷.①点电荷在空气中发生相互作用，也可用库仑定律来处理.②对于均匀带电的绝缘球体，可视为电荷集中了球心的点电荷，r为球心的距离.③对于带电金属球，由于球内

2、的自由电荷可以自由移，要考虑静电力对电荷分布的影响，在距离不大时，等效电荷中心与球心不重合，r是等效电荷中心间的距离，而非球心的间距.④库仑力在r=10-15~10-11m的范围内均有效，所以不要根据公式推出错误的结论：当r→0时，F→∞，其实，在这样的条件下，两个带电体也已经不能再看做点电荷.(iii)电荷分配接触带电体分享后的电荷分配与带电体的形状与大小有关．对于大小相同的球体将总电荷量平分．例１.三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径。球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时

3、球1、2之间作用力的大小为F。现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变。由此可知A．n=3B．n=4C．n=5D．n=6【答案】D【解析】：设1、2距离为R，则：，3与2接触后，它们带的电的电量均为：，再3与1接触后，它们带的电的电量均为，最后有上两式得：n=6例２.有两个半径为r的带电金属球，球心相距l(l=4r），对于它们之间的静电作用力的说法正确的是（设每次各球所带电荷量的绝对值均相等）A.在带同种电荷时大于带异种电荷时的作用力B.在带异种电荷时大于带同种电荷时的作用力C.在都带负电荷时大

4、于都带正电荷时的作用力D.大小与带电性质无关，只取决于所带电荷量【答案】B模型演练１.两个分别带有电荷量和+的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为的两处，它们间库仑力的大小为。两小球相互接触后将其固定距离变为，则两球间库仑力的大小为A．B．C．D．【答案】C【解析】：两带电金属球接触后，它们的电荷量先中和后均分，由库仑定律得：F＝k，F′＝k＝k.联立得F′＝F，C项正确．２.点电荷的平衡与运动解决平衡与运动问题的基本思路仍是通过受力分析利用平衡条件或牛顿运动定律进行分析计算．(i)受力分析时除了重力、弹力、摩擦力外，还需注意静电力与电场力．（

5、ii）处理连接体、动态平衡等问题时与力学问题思路相同，通常需整体法与隔离法结合使用;分析点电荷的运动性质时仍需注意点电荷所受外力与初速度．（iii）注意对称性的应用，如同一圆周上均匀分布的点电荷对位于圆心处的点电荷总作用力为零．(iv)同一直线上三个点电荷在静电力作用下的平衡①处理技巧：研究任意两点电荷之间的电荷量关系、电性关系、到第三个电荷的距离关系时，对第三个点电荷应用平衡条件．②规律（I）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在同一条直线上能够处于平衡状态，则这三个电荷一定有两个是同种电荷，一个是异种电

6、荷，且两个同性电荷分别在异性电荷的两边.（II）中间的点电荷所带电荷量是三个点电荷中电荷量最小的；两边同性电荷中电荷量小距中间点电荷近.。（III）三个点电荷的电荷量满足例３.如图所示，在光滑绝缘的水平桌面上有四个小球，带电量分虽为-q、Q、-q、Q。四个小球构成一个菱形，-q、-q的连线与-q、Q的连线之间的夹角为。若此系统处于平衡状态，则正确的关系式可能是A．B．C．D．【答案】AC例4.水平放置的光滑绝缘环上套有三个带电小球，小球可在环上自由移动．如图所示，是小球平衡后的可能位置图．甲图中三个小球构成一个钝角三角形，A点是钝角三角形的顶点．乙图中

7、小球构成一个锐角三角形，其中三角形边长DE>DF>EF．可以判断正确的是A．甲图中A、B两小球可能带异种电荷B．甲图中三个小球一定带等量电荷C．乙图中三个小球一定带同种电荷D．乙图中三个小球带电荷量的大小为QD>QF>QE【答案】C【解析】：由于环对小球的作用力方向只能沿环的半径方向，分析甲图中Ｃ球的受力，由平衡条件可知ＡＢ两球必带有异种电荷，Ａ错误．分析Ｃ球受力（或分析Ｂ球）如图甲所示，由图知ＢＣ间作用力大于ＡＣ间作用力且ＢＣ间距离大于ＡＣ间距离，由库仑定律知Ｂ所带电荷量必大于Ａ所带电荷量，Ｂ错误．分析Ｄ球受力由平衡条件知ＥＦ两球必带有同种电荷，再分

8、析Ｅ球（或Ｆ球）受力由平衡条件知ＤＦ两球也必须是带有同种电荷，故三小球所带电荷的电性必相同，Ｃ