静电力常量(静电力常量的测量)

静电力常量(静电力常量的测量)

这里的静电力不是指头发摩擦后作用在橡胶笔杆上的静电力,而是指真空中两个静电荷的直接吸引或排斥,也叫库仑力,其大小可表示为f = kqq/r,其中k为静电力常数,其大小为9×10^9N.m /C c,为a

电场力是电场对电荷产生的力。在均匀电场中,电场强度处处相等。因此,将正电荷放入均匀电场后,可以发现正电荷在均匀电场中以曲线运动。当然,电场力包括静电力。在true 空中,点电荷产生的电场力为静电力,即f = kqq/r,当一个大的均匀电场同时作用于true 空中的两个点电荷时,我们可以通过场强公式计算出F=E×Q,远大于两个点电荷的直接静电力。所以此时可以忽略两个电荷之间的静电力。现在,我们用一个例子来区分静电力和电场力的区别。

目前有三根长度为L的不可伸缩绝缘细导线,其中两根导线的一端固定在屋顶上的统一位置O,另一端分别栓有质量为M的带电小球A和B,它们的电荷量分别为+q和-q。带电的金属球A和B由第三根细线连接。如果在这个空空间中有一个水平向右的均匀电场E,那么被拉伸并处于平衡状态的就是AB细线。

对于这样的物理问题,我们要先分析一下。在空之间的空间中,两个带电的金属球不仅受到静电力的作用,还受到重力的作用。我们之前已经了解过,两个带电点电荷在True 空中的直接静电力是两个带电点电荷之间引力的10 ^ 39数量级。因此,在分析系统的受力时,首先要消除两个带电点电荷。

如果两个带电球的电荷足够小,那么它们之间的静电力就远远小于均匀电场的电场力。为了简化问题,我们就假设它们的电荷很小,只考虑带电金属球在电场中的电场力。

要使A球和B球处于静止状态,首先要对A球和B球中的任意一个球进行受力分析,然后通过多点受力平衡条件来求解。

在上图的应力分析中,Eq是带电金属球A在电场中所受的电场力,可以从共点力平衡的条件得到。Fcosα=Eq(1),Fsinα=mg(2)。由于三条细线的长度都是L,所以三角形ABO是等边三角形,所以α的值是60度。e可以通过联立(1)和(2)得到。

现在,我们将扩展上面的例子。当用一根火柴点燃细线OB时,由于空气体的阻力,金属球会再次到达平衡位置。如果此时均匀电场的场强E不变,此时两根细线之间的张力有多大?

首先我们还是要分析两个小球的受力情况,它们的受力示意图如下:

此时,设γ为细线OA与垂直方向的夹角,μ为细线AB与垂直方向的夹角。首先研究了A球公共点力平衡的条件,即F1sinγ+F2sinμ=Eq(3),F1cosγ-F2cosμ=mg(4)。球的受力分析表明,F2’sinμ= Eq(5)和F2’cosμ= mg(6)可由并力条件得到。

因为F2和F2’是作用力和反作用力的一对关系,可以从牛顿第三定律得到,F2 = F2’。现在,可以获得联立方程(3)和(5)。只有当sinγ=0时,(3)F1sinγ=F2sinμ=Eq才能成立,而当sin sinγ= 0时,其夹角γ在平面内等于零。

说明当细线OA处于垂直状态时,金属球A和B组成的系统平衡,然后所有方程同时成立,两条细线AB的拉力为2√3mg/3。

当然,我们学物理不是单纯的为了解决问题,而是为了学习一些思考问题的方法。在解决这个物理问题时,我们不断地变换和应用整体法和隔离法,从而简化复杂的问题,方便我们处理。

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