高考复习：三自由点电荷共线平衡问题归纳总结

xx 电场一、静电场公式汇总1、公式计算中的q、©的要求电场中矢量(电场力F、电场E)的运算：q代绝对值电场中标量(功W电势能Ep、电势差UAB电势©)的运算：q、© xx、负2、公式：(1) 点电荷间的作用力：F=kQ1Q2/r2(2) 电荷共线平衡：( 3)电势© A：© A= EpA /q (© A电势二EpA电势能/ q检验电荷量；电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值跟试探电荷无关)( 4)电势能EpA：EpA=© A q( 5)电场力做的功WABW=F d =F S COSB =EqdWA R EpA- EpBWA B UAB q （电场力做功由移动电荷和电势差决定，与路径无关）（6）电势差UAB：UAB=© A—© B （电场中，两点电势之差叫电势差）UAB= WAB / q （WA电场力的功）U= E d （E数值等于沿场强方向单位距离的电势差）（7）电场强度EE=F/q （任何电场）；（点电荷电场）；（匀强电场）（8）电场力：F=E q （9）电容：（10）平行板电容器：3、能量守恒定律公式（1）、动量定理：物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化.公式：F合t = mv2 —mv1 （解题时受力分析和正方向的规定是关键）动量守恒定律：相互作用的物体系统, 如果不受外力, 或它们所受的外力之和为零, 它们的总动量保持不变. （研究对象：相互作用的两个物体或多个物体）公式：m1v1 + m2v2 = m1 v1 ＇+ m2 v2＇2）能量守恒（1）动能定理：（动能变化量=1/2 mv22-1/2 mv12）F合s对地c°s 1 2 2一mv mv 2 t oW( W2 L 1 2 2 -mv mv2 t o（2）能量守恒定律：系统（动能+重力势能+电势能）4、力与运动（动力学公式）xx第二定律：（1）匀速直线运动：受力运动（2）匀变速直线运动：受力（缺）运动⑴（s）（vt）（a）（3）类平抛运动：仅受电场力;;复合场速度位移水平方向竖直方向偏移量速度偏向角的正切：若加速电场：电场力做功，，则（y、与m q无关）示波管的灵敏度：y/U2二L2/4dU1圆周运动：绳子、单轨恰好通过最高点：；；杆、双轨最高点:如图所示，从静止出发的电子经加速电场加速后，进入偏转电场.若加速电压为U l、偏转电压为U2,要使电子在电场中的偏移距离y增大为原来的2倍（在保证电子不会打到极板上的前提下），可选用的方法有」--------------------------------------------------------- =J-A .使U i减小为原来的1/2 ;B .使U2增大为原来的2倍；C .使偏转电场极板长度增大为原来的 2 倍;D .使偏转电场极板的间距减小为原来的1/2考点名称：带电粒子在电场中的加速（一）、带电粒子在电场中的直线运动（1）如不计重1力，电场力就是粒子所受合外力，粒子做直线运动时2的要求有：①对电场的要求：或是匀强电场，或不是匀强电场但电场的电场线有直线形状。

同一条直线上三个点电荷的平衡规律在物理学中，电荷是一种基本的物理性质，通常表示为正电荷或负电荷。

当我们考虑三个点电荷放置在同一条直线上时，我们需要探讨它们之间的平衡规律。

这涉及到电荷之间的相互作用和受力情况，对于理解电场和静电平衡有着重要的意义。

让我们考虑三个点电荷分别为q1、q2和q3，它们被放置在同一条直线上，分别位于点A、B和C处。

我们假设q1、q2和q3所受的电荷大小分别为|q1|、|q2|和|q3|，它们之间的距离分别为r12、r23和r13。

现在，我们来探讨这个系统的平衡规律。

1. 电荷受力：根据库仑定律，两个电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比，与它们的电荷量成正比。

q1和q2之间的相互作用力为F12=k|q1||q2|/r12^2，其中k为库仑常数。

同样地，q2和q3之间的相互作用力为F23=k|q2||q3|/r23^2，q1和q3之间的相互作用力为F13=k|q1||q3|/r13^2。

2. 平衡规律：当这三个点电荷处于平衡状态时，它们之间的合力应该为零，即ΣF=0。

这意味着三个点电荷之间的相互作用力应该相互抵消，使得整个系统保持静止状态。

3. 正负电荷分布：根据平衡规律，我们可以推导出当q1、q2和q3之间的电荷量满足一定条件时，系统能够处于平衡状态。

这些条件通常涉及到电荷的正负分布和大小关系，取决于它们之间的距离。

当q1、q2和q3之间的电荷量分别为正、负、正，且它们之间的距离满足一定比例关系时，系统可能会出现平衡状态。

4. 电场分布：我们还可以通过计算电场的分布来理解三个点电荷的平衡规律。

根据电场的定义和叠加原理，我们可以求解出整个系统的电场分布情况，进而推断出电荷的平衡状态。

当我们考虑同一条直线上三个点电荷的平衡规律时，我们需要关注电荷之间的相互作用力、平衡规律、电荷分布以及电场分布等因素。

通过深入探讨这些因素，我们可以更好地理解电场和静电平衡的基本原理，从而为相关问题的研究和应用奠定坚实的基础。

库仑定律阐述了带电体间的相互作用规律以及此类问题的考题，常有两类题型，一是只在库仑（电场）作用下的带电体的平衡，二是除电场力外，结合其他力作用下的带电体的平衡高考试题多以选择题的形式出现，难度中等，解题关键是对研究对象进行受力分析，列出平衡方程。

1. 在同一直线上三个自由点电荷的平衡问题(1)条件：每个点电荷受到的两个库伦力必须大小相等，方向相反(2)规律：“三点共线”三个点电荷分布在同一条直线上，“两同夹异”—正、负电荷相互间隔：“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小，“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷2. 不在同一条直线上多个电荷的平衡问题（1）根据题干条件，恰当选取研究对象，进行受力分析，（2）利用F=Eq或r qqKF221求出每个电荷受到的电场力，（3) 根据平衡条件。

利用相似三角形法、图解法、正交分解法等列式求解3. 多个带电体的库仑力求解当多个带电体同时存在时,每两个带电体间的库仑力仍遵守库仑定律。

某一带电体同时受到多个库仑力作用时,可利用力的平行四边形定则求出合力。

题型1 库仑力作用下的平衡问题【典例1】如图所示，三个点电荷q1、q2、q3固定在一直线上，q2与q3间距离为q1与q2间距离的2倍，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电荷量之比为()A．(－9)∶4∶(－36) B．9∶4∶36C．(－3)∶2∶(－6) D．3∶2∶6【答案】A【跟踪训练】1．如图所示，在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B，A带电＋Q，B带电－9Q。

现引入第三个点电荷C ，恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态，则C 的带电性质及位置应为( )A ．正，B 的右边0.4 m 处 B ．正，B 的左边0.2 m 处C ．负，A 的左边0.2 m 处D ．负，A 的右边0.2 m 处 【答案】C【解析】要使三个电荷均处于平衡状态，必须满足“两同夹异”“两大夹小”的原则，所以选项C 正确。

库仑力作用下的平衡问题和动力学问题考向1：“三个自由点电荷平衡”的问题(1)平衡的条件：每个点电荷受到另外两个点电荷的合力为零或每个点电荷处于另外两个点电荷产生的合场强为零的位置．(2)例题1. 如图所示，在一条直线上有两个相距0.4 m 的点电荷A 、B ，A 带电＋Q ，B 带电－9Q.现引入第三个点电荷C ，恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态，则C 的带电性质及位置应为( )A ．正电荷，在B 的右边0.4 m 处 B ．正电荷，在B 的左边0.2 m 处C ．负电荷，在A 的左边0.2 m 处D ．负电荷，在A 的右边0.2 m 处解析：选C.要使三个电荷均处于平衡状态，必须满足“两同夹异”、“两大夹小”的原则，所以C 正确．例题2．如图所示，足够大的光滑绝缘水平面上有三个带电质点，A 和C 围绕B 做匀速圆周运动，B 恰能保持静止，其中A 、C 和B 的距离分别是L 1和L 2.不计三个质点间的万有引力，则A 和C 的比荷(电荷量与质量之比)应是( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1L 22B ．⎝ ⎛⎭⎪⎫L 2L 12 C.⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1L 23 D.⎝ ⎛⎭⎪⎫L 2L 13 解析： 选C.根据B 恰能保持静止可得k q A q B L 21 ＝k q C q B L 22； A 做匀速圆周运动， k q A q B L 21－k q C q A (L 1＋L 2)2 ＝m A ω2L 1，C 做匀速圆周运动，k q C q B L 22－k q C q A (L 1＋L 2)2＝m C ω2L 2，联立解得A 和C 的比荷(电荷量与质量之比)之比应是⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1L 23，选项C 正确．考向2：共点力作用下的平衡问题 解决库仑力作用下平衡问题的方法步骤库仑力作用下平衡问题的分析方法与纯力学平衡问题的分析方法是相同的，只是在原来受力的基础上多了电场力．具体步骤如下：例题3．(多选) 如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为θ.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球A ，细线与斜面平行．小球A 的质量为m 、电量为q.小球A 的右侧固定放置带等量同种电荷的小球B ，两球心的高度相同、间距为d.静电力常量为k ，重力加速度为g ，两带电小球可视为点电荷．小球A 静止在斜面上，则( )A ．小球A 与B 之间库仑力的大小为kq2d 2B ．当q d ＝mgsin θk 时，细线上的拉力为0 C ．当q d ＝mgtan θk 时，细线上的拉力为0 D ．当q d＝mgktan θ时，斜面对小球A 的支持力为0解析：选AC.根据库仑定律可得两小球之间的库仑力大小为F ＝kq2d 2，选项A 正确；当细线上的拉力为0时，小球A 受到库仑力、斜面支持力、重力，由平衡条件得kq 2d 2＝mgtan θ，解得qd ＝mgtan θk，选项B 错误，C 正确；由受力分析可知，斜面对小球的支持力不可能为0，选项D 错误．例题4． (多选) 如图所示，A 、B 两球所带电荷量均为2×10－5C ，质量均为0.72 kg ，其中A 球带正电荷，B 球带负电荷，且均可视为点电荷．A 球通过绝缘细线吊在天花板上，B 球固定在绝缘棒一端，现将B 球放在某一位置，能使绝缘细线伸直，A 球静止且与竖直方向的夹角为30°，则A 、B 球之间的距离可能为( )A ．0.5 mB ．0.8 mC ．1.2 mD ．2.5 m解析：选AB.对A 受力分析，受重力mg 、细线的拉力F T 、B 对A 的吸引力F ，由分析知，A 平衡时，F 的最小值为F ＝mgsin 30°＝kq2r2，解得r ＝1 m ，所以两球的距离d ≤1 m ，A 、B 正确．考向3：库仑力作用下的动力学问题解决与电场力有关的动力学问题的一般思路：(1)选择研究对象(多为一个带电体，也可以是几个带电体组成的系统)；(2)对研究对象进行受力分析，包括电场力、重力(电子、质子、正负离子等基本粒子在没有明确指出或暗示时一般不计重力，带电油滴、带电小球、带电尘埃等带电体一般计重力)；(3)分析研究对象所处的状态是平衡状态(静止或匀速直线运动)还是非平衡状态(变速运动等)；(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解．对点自测1．如图所示，竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一电荷量为＋Q的点电荷．一质量为m、电荷量为＋q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力是多大？解析：设小球在最高点时的速度为v1，根据牛顿第二定律mg－kQqR2＝mv21R①设小球在最低点时的速度为v2，管壁对小球的作用力为F，根据牛顿第二定律有F－mg－kQqR2＝mv22R②小球从最高点运动到最低点的过程中只有重力做功，故机械能守恒，则12mv21＋mg·2R＝12mv22③由①②③式得F＝6mg由牛顿第三定律得小球对管壁的作用力F′＝6mg.答案：6mg2. 如图所示，在光滑绝缘水平面上放置一带正电的长直细棒，其周围产生垂直于带电细棒的辐射状电场，场强大小E与距细棒的垂直距离r成反比，即E＝kr.在带电长直细棒右侧，有一长为l的绝缘细线连接了两个质量均为m的带电小球A和B，小球A、B所带电荷量分别为＋q和＋4q，A球距直棒的距离也为l，两小球在外力F＝2mg的作用下处于静止状态．不计两小球之间的静电力作用．(1)求k的值；(2)若撤去外力F，求在撤去外力瞬时A、B小球的加速度和A、B小球间绝缘细线的拉力．解析： (1)对小球A、B及细线构成的整体，受力平衡，有q k l ＋4q k2l ＝2mg解得k ＝2mgl3q. (2)若撤去外力瞬时， A 、B 间细线拉力突然变为零，则 对A 球：q·k l ＝ma A 得a A ＝kqml ，方向向右．对B 球：4q·k 2l ＝ma B 得a B ＝2kqml，方向向右． 因为a A <a B ，所以在撤去外力瞬时A 、B 将以相同的加速度a 一起向右运动，A 、B 间绝缘细线张紧，有拉力T.因此，对A 、B 整体，由牛顿第二定律，有 q·k l ＋4q·k2l ＝2ma 解得a ＝g对A ：q·kl ＋T ＝ma解得T ＝13mg故撤去外力瞬时，A 、B 的加速度a ＝g ；A 、B 小球间绝缘细线的拉力T ＝13mg.答案：(1)2mgl 3q (2)a A ＝a B ＝g 13mg2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图所示，长方形abed长ad=0.6m，宽ab=0-3m，e、f分别是ad、bc的中点，以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B=0.25T。

同一直线上三个点电荷平衡的规律嘿，伙计们！今天我们来聊聊一个非常有趣的话题：同一直线上三个点电荷平衡的规律。

你们知道吗，这个规律可是物理学家们花了好多年时间才研究出来的。

现在，让我来给你们讲讲这个有趣的故事吧！在一个遥远的星球上，有一个叫做“电荷村”的地方。

那里的居民都是各种各样的电荷，有正电荷、负电荷，还有中性的电荷。

他们过着和平安宁的生活，直到有一天，他们发现了一个问题：在同一直线上放置三个点电荷时，总会出现一种神奇的平衡状态，让这三个点电荷不会相互排斥。

这可让他们犯了难。

为了解决这个问题，电荷村的智者们决定组织一场盛大的研讨会，邀请全国各地的电荷专家前来讨论。

会议上，正电荷和负电荷各抒己见，争论不休。

正电荷说：“我们两个是天生的敌人，如果不在同一直线上，就会互相排斥。

所以，我们必须保持一定距离。

”负电荷则反驳道：“你说得不对！我们也可以成为朋友，只要我们在同一直线上，就能找到平衡。

”就在他们争论得热火朝天的时候，中性的电荷突然插话道：“你们都别吵了！其实，这个问题的关键在于角度。

只有当三个点电荷的角度适当时，才能达到平衡状态。

”听了中性电荷的话，正电荷和负电荷都陷入了沉思。

经过一番探讨，他们终于找到了解决问题的方法：将三个点电荷放在同一直线上，并且保持适当的角度。

这样一来，正电荷和负电荷就不会相互排斥了，而是会形成一种神奇的平衡状态。

这个方法被称为“同一直线上三个点电荷平衡的规律”。

这个规律一经提出，立刻受到了电荷村居民的热烈欢迎。

他们纷纷表示要将这个规律推广到全国，让更多的人受益。

于是，电荷村的智者们开始忙碌起来，将这个规律写成了一本厚厚的书，发给了全国各地的电荷专家。

这本书很快就在全国范围内传开了，越来越多的人开始关注这个问题。

甚至连一些科学家也开始研究这个规律，希望能从中找到新的突破。

没过多久，这个规律就被广泛应用于各种领域，为人们的生活带来了很多便利。

这个规律也给电荷村带来了很多好处。

三电荷平衡规律推导（原创实用版）目录1.引言2.三电荷平衡规律的定义和基本原理3.三电荷平衡规律的推导过程4.结论正文【引言】在电学领域，三电荷平衡规律是一个基本的规律。

该规律描述了在三个电荷相互作用的情况下，它们之间的力的平衡状态。

这一规律对于理解静电学中的许多现象具有重要意义。

本文将从基本原理出发，详细推导三电荷平衡规律。

【三电荷平衡规律的定义和基本原理】三电荷平衡规律是指在三个点电荷相互作用的情况下，当它们的位置满足一定的条件时，三个电荷之间的合力为零。

这意味着三个电荷处于力的平衡状态。

该规律的基本原理是库仑定律，即电荷之间的相互作用力与它们之间的距离成反比，与它们的电量成正比。

【三电荷平衡规律的推导过程】为了推导三电荷平衡规律，我们可以采用矢量的方法。

假设三个点电荷分别位于空间中的三个点 A、B、C，它们的电量分别为 q1、q2、q3，它们之间的距离分别为 r12、r23、r31。

我们需要找到一个条件，使得三个电荷之间的合力为零。

根据库仑定律，电荷之间的作用力可以表示为 F=k*q1*q2/r12、F=k*q2*q3/r23、F=k*q3*q1/r31，其中 k 为库仑常数。

为了使三个力平衡，我们需要使它们的矢量和为零。

即：ΣF=0将上述三个力代入，得到：k*q1*q2/r12 + k*q2*q3/r23 + k*q3*q1/r31 = 0整理得：q1*q2/r12 + q2*q3/r23 + q3*q1/r31 = 0进一步整理，我们发现三个电荷之间的平衡条件与它们之间的距离有关。

具体而言，当三个电荷的位置满足以下条件时，它们之间的合力为零：q1*q2/r12 = q2*q3/r23 = q3*q1/r31这意味着三个电荷的距离满足一定的比例关系。

通过这个关系，我们可以求得三个电荷的具体位置。

【结论】通过推导，我们得到了三电荷平衡规律的表达式和条件。

这一规律对于理解静电学中的许多现象具有重要意义。

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精品 电场之 库仑定律之 三自由点电荷平衡问题
1．真空中光滑绝缘平面上，分别放置两个电荷量为－Q 、＋9Q 的点电荷A 、B ，如图6所示，且A 、B 间的距离为60 cm .然后在另一位置放置点电荷C ，这时三个点电荷都处于平衡状态，求C 的电荷量以及相对A 的位置．
图6
答案
1.答案
94Q 在A 点左侧距A 30 cm 处 解析 由于三个点电荷中每个点电荷都处于平衡状态，三个点电荷应位于同一条直线上．设－Q 、＋9Q 如图所示放置，根据“三点共线，两同夹异，两大夹小，近小远大” 原则，C 应放在A 、B 连线A 点左侧，且C 应带正电，设电
荷量为q ，A 、B 之间距离为r ，A 、C 之间距离为r′.以A 为研究对象，则k 2qQ r
＝k Q·9Q r 2，以B 为研究对象，则k q·9Q r ＋r′2＝k Q·9Q r 2，以C 为研究对象，则kQ·q r′2＝k·9Q·q r ＋r′2.由以上方程可得出q ＝94Q ，r′＝r 2＝30 cm . 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。