三个电荷平衡公式的推导过程(点电荷电势能计算公式推导)

三个电荷平衡公式的推导过程(点电荷电势能计算公式推导)

首页维修大全综合更新时间:2026-01-18 07:36:36

三个电荷平衡公式的推导过程

平衡条件下的三个电荷公式可以通过库仑定律推导得出。首先,假设有三个电荷q1、q2和q3,它们之间互相存在静电力的作用。根据库仑定律,电荷q1对q2的电力大小为F12=k|q1q2|/r12^2,其中k是库仑常数,r12是q1和q2之间的距离。同样,电荷q1对q3的电力大小为F13=k|q1q3|/r13^2,电荷q2对q3的电力大小为F23=k|q2q3|/r23^2。因为系统处于平衡状态,所以三个电荷之间的合力为零,即F12+F13+F23=0。

将上述公式代入,得到k|q1q2|/r12^2+k|q1q3|/r13^2+k|q2q3|/r23^2=0。化简后可以得到三个电荷平衡公式:q1/r12^2+q1/r13^2+q2/r23^2=q3/r23^2-q3/r13^2-q2/r12^2。这些公式描述了电荷之间的相互作用力,在平衡状态下,电荷之间的静电力互相平衡。

设这三个电荷电量分别为Q1、Q2、Q3,

第一,三者必须是在同一直线上;否则,对任何一个电荷,收到另外2电荷的作用力合力不可能再一条直线上,合理当然不可能为零.

第二,三者不可能是是同种电荷,否则,三者彼此相互排斥,任何一个都不可能处于平衡;

第三,同种的两个电荷电量一定不相等,否则,二者中任何一个都不能处于平衡.

第四,2同种电荷在两端,另一个异种电荷在中间.

为此不妨设Q1、Q2带正电,Q3带负电,Q1和Q2位于相距为L的A、B点,Q3位于A,B之间的C,C距离A为x:

因为Q3处于平衡,所以A、B在C点的合场强为零:kQ1/x^2=kQ2/(L-x)^2 ==>Q2:Q1=[(L-x)/x]^2==>x=L/[1+sqrt(Q2/Q1)]

因为Q1(位于A)处于平衡所以Q2(B)、Q3(C)在A点的合场强为零:kQ3/x^2=kQ2/L^2 ==>x=sqrt(Q3/Q2)*L

==>Q3:Q1=[(L-x)/L]^2==>x=[1-sqrt(Q3/Q1)]*L设这三个电荷电量分别为Q1、Q2、Q3,

第一,三者必须是在同一直线上;否则,对任何一个电荷,收到另外2电荷的作用力合力不可能再一条直线上,合理当然不可能为零.

第二,三者不可能是是同种电荷,否则,三者彼此相互排斥,任何一个都不可能处于平衡;

第三,同种的两个电荷电量一定不相等,否则,二者中任何一个都不能处于平衡.

第四,2同种电荷在两端,另一个异种电荷在中间.

为此不妨设Q1、Q2带正电,Q3带负电,Q1和Q2位于相距为L的A、B点,Q3位于A,B之间的C,C距离A为x:

因为Q3处于平衡,所以A、B在C点的合场强为零:kQ1/x^2=kQ2/(L-x)^2 ==>Q2:Q1=[(L-x)/x]^2==>x=L/[1+sqrt(Q2/Q1)]

因为Q1(位于A)处于平衡所以Q2(B)、Q3(C)在A点的合场强为零:kQ3/x^2=kQ2/L^2 ==>x=sqrt(Q3/Q2)*L

==>Q3:Q1=[(L-x)/L]^2==>x=[1-sqrt(Q3/Q1)]*L

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