高三物理靜電場(chǎng)模型包括以下幾種:
1. 點(diǎn)電荷模型:點(diǎn)電荷是靜電學(xué)中的一個(gè)理想模型,它是無(wú)大小的、無(wú)形狀的、且是具有確定電荷量的點(diǎn),忽略帶電體的大小和形狀,任何帶電體都可以視為點(diǎn)電荷。
2. 電場(chǎng)線模型:電場(chǎng)線是為了直觀反映電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向而假想的線,實(shí)際并不存在。電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)限遠(yuǎn)出發(fā),終止于無(wú)限遠(yuǎn)或負(fù)電荷。
3. 等勢(shì)體模型:理想模型是導(dǎo)體的外殼與內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)整體,且整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體,這樣導(dǎo)體內(nèi)部的總電荷量和各部位電荷量分布均在電場(chǎng)中處于平衡狀態(tài)。
4. 電容模型:電容是靜電學(xué)中的一種重要物理模型,表示兩個(gè)互相絕緣的導(dǎo)體構(gòu)成一個(gè)電容器,其電容大小取決于導(dǎo)體的大小和相對(duì)距離。
5. 電勢(shì)能模型:電荷在電場(chǎng)中由于受電場(chǎng)力作用而具有的能量,叫作電勢(shì)能。無(wú)論是正電荷還是負(fù)電荷,只要放在電場(chǎng)中,就一定有電勢(shì)能。
此外,高三物理靜電場(chǎng)模型還包括點(diǎn)電荷的電勢(shì)能和電勢(shì)模型、電勢(shì)差模型等。這些模型都是對(duì)靜電學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題的理想化處理方法,有助于學(xué)生更好地理解靜電學(xué)的概念和規(guī)律。
題目:
在真空中,有一個(gè)半徑為R的導(dǎo)體球,其電荷分布均勻,其電勢(shì)為U。現(xiàn)在有一個(gè)位于導(dǎo)體球外,距離導(dǎo)體球?yàn)閐的點(diǎn)電荷q,求它受到的電場(chǎng)力。
解答:
首先,我們需要知道導(dǎo)體球的電勢(shì)分布公式:
U = kQ/r
其中,Q是導(dǎo)體球的總電荷量,r是到導(dǎo)體球的距離。在這個(gè)問(wèn)題中,已知導(dǎo)體球的電勢(shì)為U,且電荷分布均勻,所以可以求出導(dǎo)體球的電荷量Q。
設(shè)導(dǎo)體球的電荷均勻分布,則其電荷量為:
Q = 4π0.5R^2U
根據(jù)高斯定理,我們可以得到:ES = ∫(球殼內(nèi))dq ε0
其中S是球殼的面積,ε0是空氣的介電常數(shù)。
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的點(diǎn)電荷q,它在距離導(dǎo)體球?yàn)閐的位置產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為:
E = kq/(4πepsilon_0(d^2 + R^2 - r^2))
其中r是點(diǎn)電荷到導(dǎo)體球的距離。將已知量代入上式,得到:
E = kq/(4πepsilon_0(d^2 + R^2 - (d-R)^2))
最后,將導(dǎo)體球的電荷量代入上式,并考慮到點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比,即F = qE,就可以求出點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力。
所以,點(diǎn)電荷q受到的電場(chǎng)力為:
F = kq^2/(4πepsilon_0(d^2 + R^2))