真空中两点电荷q1和q2相距r,若将q1的电量加倍,q2的电量减半,距离变为2r,则它们之间的库仑力变为原来的()A. 1B. 2C. 1/2D. 1/4
A. 1
B. 2
C. 1/2
D. 1/4
题目解答
答案
解析
本题考查库仑定律的应用。解题思路是先明确库仑定律的公式,然后分别写出变化前和变化后的库仑力表达式,最后通过对比得出变化后的库仑力与原来库仑力的关系。
步骤一:明确库仑定律公式
库仑定律指出,真空中两个静止点电荷之间的相互作用力$F$的大小,跟它们的电荷量$q_1$、$q_2$的乘积成正比,跟它们的距离$r$的二次方成反比,作用力的方向沿着它们的连线。其公式为$F = k\frac{q_1q_2}{r^2}$,其中$k$为静电力常量。
步骤二:计算变化前的库仑力
设变化前两点电荷$q_1$和$q_2$相距$r$,根据库仑定律,它们之间的库仑力$F_1$为:
$F_1 = k\frac{q_1q_2}{r^2}$
步骤三:计算变化后的库仑力
已知将$q_1$的电量加倍,变为$2q_1$;$q_2$的电量减半,变为$\frac{1}{2}q_2$;距离变为$2r$。
此时它们之间的库仑力$F_2$为:
$F_2 = k\frac{(2q_1)\times(\frac{1}{2}q_2)}{(2r)^2}$
先计算分子部分$(2q_1)\times(\frac{1}{2}q_2)=q_1q_2$,再计算分母部分$(2r)^2 = 4r^2$,则$F_2 = k\frac{q_1q_2}{4r^2}$。
步骤四:计算$F_2$与$F_1$的比值
$\frac{F_2}{F_1}=\frac{k\frac{q_1q_2}{4r^2}}{k\frac{q_1q_2}{r^2}}$
因为$k$、$q_1$、$q_2$均不为$0$,可将分子分母中的$k$、$q_1$、$q_2$约去,得到$\frac{F_2}{F_1}=\frac{\frac{1}{4r^2}}{\frac{1}{r^2}}$。
根据分数除法法则,除以一个分数等于乘以它的倒数,则$\frac{F_2}{F_1}=\frac{1}{4r^2}\times r^2=\frac{1}{4}$,即$F_2=\frac{1}{4}F_1$。
这表明变化后的库仑力变为原来的$\frac{1}{4}$。