EJU 2023 年第 1 回 物理 第 13 题

考点
库仑力
领域
电磁学
难度
简单
标准答案
①

解析摘要

标准解析

先定方向,再求两个正交分量的比

C 为正电荷,A 为负电荷,因此 A 对 C 的力是吸引力,沿 xx 轴正方向。距离为 aa,由库仑定律得

Fx=k(3q)qa2=3kq2a2.F_x=\frac{k(3q)q}{a^2}=\frac{3kq^2}{a^2}.

B 与 C 都为正电荷,发生排斥;B 在 C 正下方,所以 B 对 C 的力沿 yy 轴正方向。两者距离为 2a2a,故

Fy=kq2(2a)2=kq24a2.F_y=\frac{kq^2}{(2a)^2}=\frac{kq^2}{4a^2}.

两力互相垂直,合力在第一象限。它与 xx 正方向夹角的正切为竖直分量除以水平分量:

∣tan⁡θ∣=FyFx=1/43=112.|\tan\theta|=\frac{F_y}{F_x}=\frac{1/4}{3}=\frac1{12}.

共同的 kq2/a2kq^2/a^2 约去,因此无需知道电荷量或坐标的具体数值。B 的距离是 A 的两倍,力要缩小到四分之一,而非二分之一;再与 A 的三倍电荷因素比较,就得到十二分之一。若计算出12,则是把正切的分子分母交换了。

合力角度由分量比决定,而不是由两个电荷在图上的连线角度平均得到。C受到的两力沿CA和远离B的方向,它们恰与两坐标轴重合,所以没有额外分解角度的步骤。若A、B不在坐标轴上,才需要分别把各静电力分解到同一组坐标轴后再相加;本题的几何已经替我们完成了这一步。

两个分量都是力,取比后无量纲,符合正切函数的单位要求。

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