Question

【題目】某同學選用兩個完全相同的小球A、B來驗證庫侖定律。使小球A和B帶上同種電荷，A球放在左右可移動且上下高度可調節的絕緣座上，B球用絕緣絲線懸掛于玻璃棒C點，如圖。實驗時，保證A、B兩球球心在同一水平線上，待B球平衡后偏離豎直線的角度為θ，B球質量為m，重力加速度為g；

先保持兩球電荷量不變，使A球從遠處逐漸向B球靠近，觀察到兩球距離越小，懸線的偏角越大；再保持兩球距離不變，改變小球所帶的電荷量，觀察到電荷量越大，B球懸線的偏角越大.

(1)實驗中需要用到_____________的科學方法。

(2)根據平衡關系，A、B兩球之間的電場力F=________________（用m、g、θ表示）。

（3）在閱讀嘞教材后，該同學知道了庫侖定律的表達式，并知道了均勻分布的帶電球體可以等效為電荷量全部集中在球心處的一個點電荷。

它將兩個半徑為R的金屬小球分別帶上了q1和q2的正電，并使其球心相距3R，應用庫侖定律，計算了兩球之間的庫侖力，則該同學的計算結果__________（選填“偏大” “偏小”“正確”），原因是：_________________。

Answer 1

【答案】（1）控制變量法 （2）mgtanθ（3）偏小；兩電荷帶同種電荷，導致電量間距大于3R。

【解析】

（1）實驗中需要用到控制變量法的科學方法。

（2）A球受重力，繩的拉力和電場力三力平衡，根據平衡關系，A、B兩球之間的電場力F=mgtanθ。

（3）當兩球心相距為3R時，兩球不能看成點電荷，因帶同種電荷，導致電量間距大于3R，根據庫侖定律F=k，可知，它們相互作用的庫侖力大小F＜。即該同學的計算結果偏小，原因是：兩電荷帶同種電荷，導致電量間距大于3R。