什么叫点电荷

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所属分类:高二物理

点电荷是一种理想化模型,如同质点一样,是物理学上一种科学抽象,实际上并不存在。

什么叫点电荷?

所谓点电荷,就是带电体本身的大小(r)远小于它到另一带电体距离(d)时(即r<<d),我们就忽略这个带电体本身的大小及形状,认为这个带电体所有电量集中在一个点上。

所以,点电荷就是有电量但没有形状和大小的几何点。

什么叫点电荷

为什么引入点电荷?

任何一个带电体都有形状和大小,从研究的方便角度看,如果这个带电体本身的形状和大小对所研究的问题影响极小,就没有必要考虑这些次要因素了。这就是高中物理的一种理想模型的研究方法。

点电荷电性如何?

点电荷既可以是正电荷,也可以是负电荷。在之后的学习过程中,你会碰到正点电荷,还有负点电荷。

点电荷涉及哪些计算?

常见的有库仑定律、正负点电荷的电场强度等计算。特别是库仑定律,它的适用条件就必须是点电荷。

疑问:如果带电体不是点电荷,又如何计算带电体间库仑力呢?

答疑:这就涉及到"微元法""割补法"将非点电荷转化成点电荷,再利用库仑定律公式计算。

【经典回放】

一个半径为R的绝缘球壳上均匀带有+Q电荷,另一电量为+q的点电荷放在球心O上,由于对称性,点电荷受力为0,现在球壳上挖去半径为r(r远小于R)的一个小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受力的大小如何计算?带电体的对称性什么意思?

解析:首先理解为什么原来点电荷的受力为0

"挖空"前,球壳上带电为Q,但球壳并非点电荷。它对球心处的点电荷的力F≠kQq/r2

利用"微元法",化非点电荷为点电荷:先将球壳分成N份(可以理解N=∞),则每一份可视为一个电荷。每一份都带正电且电量相等,每一份电荷都对点电荷产生力的作用,这些力的大小相等方向相反,因此彼此抵消,最终整个球壳对点电荷的力为0

其次,理解"挖掉"一个小圆孔后效果。

由于被挖掉的小孔半径r<<R,可以理解为:如果这个小孔没有被挖走,那它可以看成点电荷。

"割补法"补全球壳,小孔对称位置是A点。利用上面对称性可知,如果球壳是完整的,则有F=FA,球壳上其他各个点对点电荷的力彼此抵消。

其中小孔是圆形,则电量为:

什么叫点电荷

根据库仑定律,则小孔对点电荷的力为:

什么叫点电荷

什么叫点电荷

上述是"割补法"后的理解,但实际上,小孔被挖掉,则F=0,而FA还是存在的。故点电荷受到的力为FA=kr2Qq/4R4,方向由A端指向小孔。

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