區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

這里所說的靜電力并不是指用頭發摩擦過膠筆筒后,膠筆筒上所帶的靜電力,而是指在真空中,兩個靜止的電荷直接的引力或斥力,也叫做庫侖力,其大小可以表示為F=KQq/r2,其中K為靜電力常數,其大小為9×10^9N.m2/C2,它是一個準確值,可以有真空介電常數來推導出來,在此我不做推導,以后會有所介紹的 。

區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

文章插圖

而電場力是電場對電荷產生的力,在勻強電場中,其電場強度處處相等,因此,把一個正電荷放入勻強電場中后,可以發現正電荷在勻強電場中做曲線運動 。當然,電場力是包括靜電力的,在真空中,點電荷產生的電場中,其電場力就是靜電力,即F=KQq/r2 。當在真空中給兩個點電荷同時加上一個很大的勻強電場后,通過場強的公式可以算得F=E×Q,它的大小要比兩個點電荷直接的靜電力大得多,因此,這時兩個電荷之間的靜電力就可以忽略了 。下面,我們來通過一個例子來加以區分靜電力與電場力的區別吧!

區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

文章插圖

【區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么】現有3根長度均為L且不可伸縮的絕緣細線,其中兩根線的一端固定在屋頂的統一位置O,另一端分別栓有質量均為m的帶電小球A和B,它們的電荷量分別為+q和-q,帶電的金屬小球A與B之間用第三根細線連接起來,若該空間中有一個水平向右的勻強電場E,是AB細線拉緊后且處于平衡狀態,已知重力加速度g,求所加云強電場E的最小值為多大呢?

區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

文章插圖

對于這樣的物理問題,我們首先得進行分析 。在空間中,兩個帶電的金屬小球除了受到靜電力外,它還受到了萬有引力的作用,而在前面我們已經了解到,真空中兩個帶電的點電荷直接的靜電力為兩個帶電點電荷之間的萬有引力的10^39數量級,因此,在對系統進行受力分析時,首先得剔除掉兩個帶電小球之間的萬有引力 。

區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

文章插圖

如果兩個帶電小球所帶的電荷量足夠小,那么它們之間的靜電力要遠遠小于勻強電場對它們的電場力,為了使問題簡化,我們姑且認為它們所帶的電荷量很小吧,從而只考慮到帶電金屬球在電場中受到的電場力 。
要使A、B兩球處于靜止狀態,首先得先對A與B球中任何一個小球進行受力分析,然后通過多點力平衡條件進行求解即可 。

區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

文章插圖

在上圖的受力分析中,Eq為帶電金屬小球A在電場中受到的電場力,由共點力平衡的條件可得,Fcosα=Eq(1),Fsinα=mg(2),由于三根細線的長度均為L,故而三角形ABO為等邊三角形,所以α的值為60度,聯立(1)、(2)可得E=√3mg/3q 。
現在,我們將以上的一個例子進行延伸,當用一根火柴燒斷細線OB時,由于有金屬小球在空氣的阻力下會重新達到平衡位置,假若此時的勻強電場的場強E不變,求此時兩細線之間的拉力為多大呢?
首先,我們還是要對兩個小球進行受力分析,其受力圖如下:

區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

文章插圖

此時我們設γ為細線OA與豎直方向的夾角,μ為細線AB與豎直方向的夾角 。首先研究A球的共點力平衡的條件,即F1sinγ+F2sinμ=Eq(3),F1cosγ-F2cosμ=mg(4) 。在對球進行受力分析,由共點力的條件可得F2’sinμ=Eq(5),F2’cosμ=mg(6) 。
又因為F2與F2’為一對作用力與反作用力的關系,由牛頓第三定律可得,F2=F2’ 。現在聯立(3)式(5)式可得,只有當sinγ=0時,(3)F1sinγ=F2sinμ=Eq才成立,而正弦sinγ=0時,在平面內其夾角γ就等于零 。

區分靜電力與電場力的區別 電場力是什么

文章插圖

這說明細線OA處于豎直狀態時,金屬球A和B組成的系統就平衡了,再將所有的等式進行聯立,得出兩細線AB的拉力為2√3mg/3 。
當然,我們學習物理并不是簡簡單單的用來解題,而是要學會一些思考問題的方法,解決此物理題中是將整體法與隔離法不斷的轉化運用,從而將復雜的問題簡單化,以此來便于我們處理問題 。