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「高中物理硬核知识」库仑定律中的点电荷如何理解?

「高中物理硬核知识」库仑定律中的点电荷如何理解?

在学习高中物理必修三《静电场及其应用》中有一个相当重要的定律——库仑定律。

课本上给出的内容是:

真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力,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,作用力的方向在它们的连线上。

在内容中就提到了,要想使用库伦定律计算两个电荷之间的作用力,有一个先决条件就是,电荷必须是点电荷。

那么,究竟什么是点电荷呢?

如果带电体自身的大小远小于它们之间的距离.以至带电体自身的大小、形状及电荷分布状况对我们所讨论的问题影响甚小,相对来说可把带电体看作一带电的点,叫做点电荷。

其实点电荷的实质就是,两个带电物体离得比较远时,而且远远大于自身尺寸时,带电体本身大小就忽略了,就可以看成个点了。

两个带电小球离得较远时可以看成点电荷

就如同,当一个物体离你越来越远时,你会感觉它越来越小,当它离你很远很远时,就只能看成一个点了。、

所以点电荷的实质是带电体在一定条件下的抽象,是为了简化某些问题的讨论而引进的一个理想化的模型。

此时,另一个问题就随之而来,如果两个带电体之间的距离不是很远,就不能看成点电荷,用库伦定律计算的作用力大小就不再准确,该如何分析呢?

上图所示,假如小球的半径为r,带电量均为+Q,两个球心间的距离为4r。此时我们用库伦定律求出来的作用力大小,与它们真实的作用力大小相比谁大谁小?

这时,正电荷由于相互排斥,分布于小球的外侧,电荷间的真实距离大于4r,真实距离大了,真实的作用力自然就小了。

同种电荷,距离变大

结论:当两电荷为同种电荷时,电荷间的真实作用力大小小于库伦定律求出的作用力大小。

相反,如果两个小球所带电荷W为一正一负时,由于电荷间相互吸引,电荷分布于小球的内侧,电荷间的真实距离就小于4r,真实距离小了,真实的作用力就大了。

异种电荷,距离变小

结论:当两电荷为异种电荷时,电荷间的真实作用力大小大于库伦定律求出的作用力大小。

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