微型專題1 庫侖力作用下的平衡
[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]
物理觀念:進(jìn)一步掌握庫侖力的計算公式及庫侖力的方向判定.
科學(xué)思維:1.會進(jìn)行庫侖力作用下帶電體的受力分析.2.會運(yùn)用合成法、分解法處理共點(diǎn)力作用下的平衡.
一、庫侖力作用下帶電體的平衡
例1 (多選)兩個質(zhì)量分別是m1、m2的小球,各用絲線懸掛在同一點(diǎn),當(dāng)兩球分別帶同種電荷,且電荷量分別為q1、q2時,兩絲線張開一定的角度θ1、θ2,如圖1所示,此時兩個小球處于同一水平面上,則下列說法正確的是( )
圖1
A.若m1>m2,則θ1>θ2
B.若m1=m2,則θ1=θ2
C.若m1<m2,則θ1>θ2
D.若q1=q2,則θ1=θ2
答案 BC
解析 以m1為研究對象,對m1受力分析如圖所示.
由共點(diǎn)力平衡得
FTsinθ1=F庫①
FTcosθ1=m1g②
由得tanθ1=,同理tanθ2=,因?yàn)椴徽?i>q1、q2大小如何,兩帶電小球所受庫侖力屬于作用力與反作用力,永遠(yuǎn)相等,故從tanθ=知,m大,則tanθ小,θ也小(θ<),m相等,θ也相等,故選項(xiàng)B、C正確.
例2 如圖2所示,A、B是兩個帶等量同種電荷的小球,A固定在豎直放置、高為h=10cm的絕緣支桿上,B靜止于光滑絕緣的傾角為30°的斜面上且恰與A等高,若B的質(zhì)量為30g,則B帶電荷量是多少?(取g=10m/s2,小球A、B視為點(diǎn)電荷,k=9.0×109 N·m2/C2)
圖2
答案 1.0×10-6C
解析 因?yàn)?i>B靜止于光滑絕緣的傾角為30°的斜面上且恰與A等高,設(shè)A、B之間的水平距離為L.
依據(jù)題意可得:tan30°=
L==cm=10cm
對B進(jìn)行受力分析如圖所示,
依據(jù)物體平衡條件,解得庫侖力F=mgtan30°=30×10-3×10×N=0.3N.
依據(jù)F=k得:F=k.
解得:q==C
=1.0×10-6C.
二、同一直線上帶電體的平衡
例3 如圖3所示,帶電荷量分別為+q和+4q的兩點(diǎn)電荷A、B,相距L,問:
(1)若A、B固定,在何處放置點(diǎn)電荷C,才能使C處于平衡狀態(tài)?
(2)在(1)中的情形下,C的電荷量和電性對C的平衡有影響嗎?
(3)若A、B不固定,在何處放一個什么性質(zhì)的點(diǎn)電荷,才可以使三個點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài)?