【摘要】庫侖力問題是高中物理中靜電場及其應(yīng)用的重要內(nèi)容，以庫侖定律為基礎(chǔ)，結(jié)合力學(xué)分析方法，對靜電場中物體的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行研究.教學(xué)過程中筆者發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生對庫侖力的理解不夠深入，只會單一地代入庫侖定律公式計算，而不知如何結(jié)合其特點(diǎn)進(jìn)行具體問題具體分析.本文結(jié)合三道例題探討庫侖力作用下的平衡與加速問題，歸納解題思路，以供讀者參考.

【關(guān)鍵詞】庫侖定律；高中物理；解題技巧

1 三個自由點(diǎn)電荷的平衡問題

例1 如圖1所示，在一條直線上有兩個相距0.4m的點(diǎn)電荷A，B，電荷A帶電+Q，電荷B帶電－9Q.現(xiàn)引入第三個電荷C，恰好使三個點(diǎn)電荷均在電場力的作用下處于平衡狀態(tài)，則C的帶電性質(zhì)及位置應(yīng)為（ ）

圖1

（A）帶正電，于電荷B的右邊0.4m處.

（B）帶正電，于電荷B的左邊0.2m處.

（C）帶負(fù)電，于電荷A的左邊0.2m處.

（D）帶負(fù)電，于電荷A的右邊0.2m處.

解 要使三個電荷都處在平衡狀態(tài)，就必須滿足“兩同夾一異”“兩大夾一小”的原則，所以電荷C必須帶負(fù)電，在電荷A的左側(cè)，設(shè)電荷C帶電量為q，所在位置與電荷A的距離為r，

根據(jù)平衡條件和庫侖定律可得

kqQr2=kq·9Q（r+L）2，

解得r=0.2m，

所以選項(xiàng)（C）正確.

評析 對于“三個自由點(diǎn)電荷平衡”的問題，實(shí)現(xiàn)平衡的條件是：每個點(diǎn)電荷受到另外兩個點(diǎn)電荷的合力為零或每個點(diǎn)電荷處于另外兩個點(diǎn)電荷產(chǎn)生的合電場強(qiáng)度為零.因此，分析可得，需滿足下列準(zhǔn)則：①電性，兩同夾一異；②兩大夾一?。虎畚恢?，三點(diǎn)共線；④電荷量，近小遠(yuǎn)大.

2 庫侖力作用下的平衡問題

例2 有兩個完全相同的小球A，B，質(zhì)量均為m，帶等量異種電荷，其中電荷A所帶電量為+q，電荷B所帶的電量為－q.現(xiàn)用兩長度均為L，不可伸長的細(xì)線懸掛在天花板上的O點(diǎn)上，兩球之間夾著一根絕緣輕質(zhì)彈簧.在小球所掛的空間加上一個方向水平向右、大小為E的勻強(qiáng)電場.如圖2所示，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，彈簧位于水平方向，兩根細(xì)線之間的夾角為θ=60°，則彈簧的彈力為（靜電力常量為k，重力加速度為g）（ ）

圖2

圖3

（A）kq2L2. （B） 33mg+kq2L2.

（C）qE+kq2L2. （D）33mg+kq2L2+qE.

解 對小球A進(jìn)行受力分析，如圖3所示.

由平衡條件可知

FTcosθ2=mg，F(xiàn)彈=FTsinθ2+qE+kq2L2，

解得F彈=33mg+kq2L2+qE.

選項(xiàng)（D）正確.

評析 此類平衡問題的分析方法與力學(xué)平衡問題中的分析方法是相同的，只是需要多分析一個電場力.具體的步驟是：先確定研究對象，可以利用整體法也可以利用隔離法；再對研究對象進(jìn)行受力分析，要注意電場力的影響（F=kq1q2r2或F=qE）；最后列出平衡方程，例如F合=0或Fx=0，F(xiàn)y=0.

3 庫侖力作用下的加速問題

例3 如圖4所示，真空中三個質(zhì)量相等的小球A，B，C，帶電量分別為QA=6q，QB=3q，QC=8q.現(xiàn)用適當(dāng)大小的恒力F拉小球C，可以使A，B，C沿著光滑水平面做勻加速直線運(yùn)動，運(yùn)動過程中小球A，B，C保持相對靜止，且A，B之間的距離與B，C之間的距離相等.不計電荷運(yùn)動產(chǎn)生磁場的影響，小球可視為點(diǎn)電荷，則此過程中小球B，C之間的作用力大小為（ ）

圖4

（A）43F. （B）F. （C）23F. （D）13F.

解 對三個球進(jìn)行整體分析，由牛頓第二定律可得F=3ma.

對A，B進(jìn)行整體分析，根據(jù)牛頓第二定律可得F1=2ma，

解得F1=23F.

由牛頓第三定律知A，B對C的庫侖力的合力為23F.

由庫侖定律得：

FBCFAC=k3q·8qL2：k6q·8q4L2=2，

分析庫侖力的方向后知：

FBC－FAC=23F.

解得FBC=43F，

故選項(xiàng)（A）正確.

評析 此類加速問題與力學(xué)中的加速問題的分析方法是相同的，也要考慮電場力的影響.具體的步驟是：先確定研究對象，利用整體法或隔離法；再對物理進(jìn)行受力分析，注意電場力；最后根據(jù)牛頓第二定律列出運(yùn)動方程，F(xiàn)合=ma.

4 結(jié)語

本文圍繞三類庫侖力作用下的平衡與加速問題展開深入分析，并據(jù)此歸納了解題的規(guī)律.由上述例題可以看出，雖然其是靜電場及其應(yīng)用板塊的問題，但是本質(zhì)上仍然是力學(xué)問題，只是多了電場力的影響.在教學(xué)的過程中，教師要類比分析兩者的異同，幫助學(xué)生對庫侖力有更深刻的理解，形成相應(yīng)的知識體系.