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1、微專題51 電荷守恒定律 庫侖定律
[方法點撥] (1)注意庫侖力的大小與兩點電荷間的距離平方成反比.(2)庫侖力作用下的物體平衡問題,要注意整體法、隔離法的應(yīng)用.
1.(2017·黑龍江雙鴨山一中月考)兩個相同的可視為點電荷的帶異種電荷的導(dǎo)體小球所帶電荷量的比值為1∶3,相距為r時相互作用的庫侖力的大小為F,今使兩小球接觸后再分開放到相距為2r處,則此時庫侖力的大小為( )
A.FB.FC.FD.F
2.(2018·河北邢臺質(zhì)檢)如圖1所示,帶電物體P、Q可視為點電荷,電荷量相同.傾角為θ、質(zhì)量為M的斜面體放在粗糙水平面上,將質(zhì)量為m的物體P放在粗糙的斜面體上.當物體Q放在與P
2、等高(PQ連線水平)且與物體P相距為r的右側(cè)位置時,P靜止且受斜面體的摩擦力為0,斜面體保持靜止,靜電力常量為k,則下列說法正確的是( )
圖1
A.P、Q所帶電荷量為
B.P對斜面的壓力為0
C.斜面體受到地面的摩擦力為0
D.斜面體對地面的壓力為(M+m)g
3.如圖2所示,光滑平面上固定金屬小球A,用長為l0的絕緣彈簧將A與另一個金屬小球B連接,讓它們帶上等量同種電荷,彈簧伸長量為x1;若兩小球電荷量各漏掉一半,彈簧伸長量變?yōu)閤2,則有( )
圖2
A.x2=x1B.x2>x1C.x2=x1D.x2
3、的絕緣水平面上,有兩個質(zhì)量均為m、帶電荷量分別為+q和-q的甲、乙兩個小球,在力F的作用下做勻加速直線運動,則甲、乙兩球之間的距離r為( )
圖3
A.B.qC.2qD.2q
5.(多選)如圖4所示,在光滑絕緣的水平桌面上有四個小球,帶電荷量分別為-q、Q、-q、Q.四個小球構(gòu)成一個菱形,-q、-q的連線與-q、Q的連線之間的夾角為α.若此系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),則正確的關(guān)系式可能是( )
圖4
A.cos3α= B.cos3α=
C.sin3α= D.sin3α=
6.(2017·湖南株洲一模)套有三個帶電小球的圓環(huán)放在水平桌面上(不計一切摩擦),小球的電荷量保持不變,整
4、個裝置平衡后,三個小球的一種可能位置如圖5所示.三個小球構(gòu)成一個銳角三角形,三角形的邊長大小關(guān)系是AB>AC>BC,可以判斷圖中( )
圖5
A.三個小球電荷量的代數(shù)和可能為0
B.三個小球一定帶同種電荷
C.三個小球所受環(huán)的彈力大小為NA>NB>NC
D.三個小球帶電荷量的大小為QA>QC>QB
7.(多選)如圖6所示,a、b、c、d四個質(zhì)量均為m的帶電小球恰好構(gòu)成“三星拱月”之形,其中a、b、c三個完全相同的帶電小球在光滑絕緣水平面內(nèi)的同一圓周上繞O點做半徑為R的勻速圓周運動,三小球所在位置恰好將圓周等分.小球d位于O點正上方h處,且在外力F作用下恰處于靜止狀態(tài),已知a、
5、b、c三小球的電荷量大小均為q,小球d的電荷量大小為6q,h=R.重力加速度為g,靜電力常量為k.則( )
圖6
A.小球a一定帶正電
B.小球b的周期為
C.小球c的加速度大小為
D.外力F豎直向上,大小等于mg+
8.(2018·湖北黃岡模擬)如圖7所示,足夠大的光滑絕緣水平面上有三個帶電質(zhì)點M、O、N,質(zhì)點O能保持靜止,質(zhì)點M、N均圍繞質(zhì)點O做勻速圓周運動.已知質(zhì)點M、N與質(zhì)點O的距離分別為L1、L2(L1
6、M所帶電荷量之比為()2
D.質(zhì)點M與質(zhì)點N的質(zhì)量之比為()2
答案精析
1.A [設(shè)其中一個小球所帶電荷量為-Q,另一個帶電荷量為3Q,根據(jù)庫侖定律可知,兩球接觸前F=k,接觸后再分開,兩球帶電荷量為Q1=Q2==Q,由庫侖定律得F′==,故A正確.]
2.D [設(shè)P、Q所帶電荷量為q,對物體P受力分析,受到水平向左的庫侖力F=k、豎直向下的重力mg、支持力N,由平衡條件可得tanθ=,解得q=,選項A錯誤;斜面對P的支持力N=mgcosθ+Fsinθ,由牛頓第三定律可知,P對斜面的壓力為N′=mgcosθ+Fsinθ,選項B錯誤;對P和斜面體整體受力分析,可知水平方向受到Q對P
7、向左的庫侖力F=k和地面對斜面體水平向右的摩擦力,由平衡條件可知,斜面體受到水平向右的摩擦力大小為f=k,選項C錯誤;對P和斜面體整體受力分析,豎直方向受到豎直向下的重力(M+m)g和水平面的支持力,由平衡條件可得,水平面支持力等于(M+m)g,根據(jù)牛頓第三定律,斜面體對地面的壓力大小為(M+m)g,選項D正確.]
3.B [電荷量減少一半,根據(jù)庫侖定律知若兩個球之間的距離保持不變,庫侖力減小為原來的,庫侖力減小,彈簧的彈力減小,彈簧的伸長量減小,兩球間的距離減小,所以實際的情況是小球之間的庫侖力會大于原來的,此時彈簧的伸長量也大于原來的,B正確.]
4.B [選甲、乙整體為研究對象,由牛
8、頓第二定律得,加速度a=.選乙為研究對象,由牛頓第二定律得,=ma,聯(lián)立得r=q.]
5.AC [設(shè)菱形邊長為a,則兩個Q之間距離為2asinα,兩個-q之間距離為2acosα.選?。璹作為研究對象,由庫侖定律和平衡條件得2kcosα=k,解得cos3α=,選項A正確,B錯誤.選取Q作為研究對象,由庫侖定律和平衡條件得2ksinα=k,解得sin3α=,選項C正確,D錯誤.]
6.B [對小球A分析,彈力過圓心,根據(jù)平衡條件,要么小球B與C對小球A同時為引力,要么對小球A同時為斥力,小球A才能處于平衡狀態(tài),因此小球A不可能受到一個斥力一個引力,所以小球B、C帶同種電荷,分析小球B,由平衡條
9、件可得小球A、C帶同種電荷,可得三個小球帶同種電荷,所以三個小球電荷量的代數(shù)和不可能為0,A錯誤,B正確;
小球A受到兩個斥力,設(shè)圓心為O,AB>AC,同時∠OAB<∠OAC,可得小球A受小球B的力更大,且小球A離小球B更遠,可得小球B所帶電荷量大于小球C所帶電荷量,同理小球A的帶電荷量大于小球B帶的電荷量,QA>QB>QC,D錯誤;根據(jù)相似三角形可得==,故可得NC>NB>NA,C錯誤.]
7.CD [小球a、b、c均做半徑相同的勻速圓周運動,且受力情況相同,故三個小球的各運動參量大小均相等.以小球a為例,小球a做圓周運動的向心力由小球d對小球a的引力的水平分力及小球b、c對小球a斥
10、力的合力提供,僅可以判斷四個小球所帶電荷電性的異同,不能確定小球a是否帶正電,A項錯誤;由牛頓第二定律得,-2kcos30°+k·=ma,其中h=R,解得a=,C項正確;向心加速度公式a==R,得T=,B項錯誤;對小球d受力分析,由平衡條件可知:F=mg+3k·=mg+,D項正確.]
8.C [要滿足題目要求,則M、N電性相同,且和O電性相反,A項錯誤;M、N繞O做勻速圓周運動,則三質(zhì)點共線,角速度相等,線速度之比等于做圓周運動的半徑之比,vN>vM,B項錯誤;對O點受力分析,知k=k,=()2,C項正確;分別對M、N受力分析,合力提供向心力,mML1ω2=k-k,mNL2ω2=k-k,mML1ω2=mNL2ω2,即=,D項錯誤.]
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