2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 靜電場(chǎng) 第1講 電場(chǎng)力的性質(zhì)學(xué)案
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1、 第1講 電場(chǎng)力的性質(zhì) 【基礎(chǔ)梳理】 一、電荷和電荷守恒定律 1.點(diǎn)電荷:形狀和大小對(duì)研究問(wèn)題的影響可忽略不計(jì)的帶電體稱(chēng)為點(diǎn)電荷. 2.電荷守恒定律 (1)電荷既不會(huì)創(chuàng)生,也不會(huì)消滅,它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分;在轉(zhuǎn)移過(guò)程中,電荷的總量保持不變. (2)起電方式:摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電. 二、庫(kù)侖定律 1.內(nèi)容:真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上. 2.公式:F=k,式中的k=9.0×109 N·m2/C2,叫做靜電力常量.
2、3.適用條件:(1)點(diǎn)電荷;(2)真空. 三、靜電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度 1.靜電場(chǎng):靜電場(chǎng)是客觀存在于電荷周?chē)囊环N物質(zhì),其基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用. 2.電場(chǎng)強(qiáng)度 (1)意義:描述電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量. (2)公式 ①定義式:E=,是矢量,單位:N/C或V/m. ②點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng):E=k,Q為場(chǎng)源電荷,r為某點(diǎn)到Q的距離. ③勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng):E=. (3)方向:規(guī)定為正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向. 四、電場(chǎng)線及特點(diǎn) 1.電場(chǎng)線:電場(chǎng)線是畫(huà)在電場(chǎng)中的一條條有方向的曲線,曲線上每點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向. 2.電場(chǎng)線的特點(diǎn) (1)電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)限
3、遠(yuǎn)處出發(fā),終止于無(wú)限遠(yuǎn)處或負(fù)電荷. (2)電場(chǎng)線不相交. (3)在同一電場(chǎng)里,電場(chǎng)線越密的地方場(chǎng)強(qiáng)越大. (4)電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向. (5)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低. (6)電場(chǎng)線和等勢(shì)面在相交處互相垂直. 3.幾種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線(如圖所示) 【自我診斷】 判一判 (1)任何帶電體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍.( ) (2)根據(jù)公式F=k得,當(dāng)r→0時(shí),有F→∞.( ) (3)電場(chǎng)強(qiáng)度反映了電場(chǎng)力的性質(zhì),所以電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與試探電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力成正比.( ) (4)電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向與負(fù)電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向相反.(
4、 ) (5)在真空中,點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式E=中的Q是產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷的電荷量,E與試探電荷無(wú)關(guān).( ) (6)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡一定與電場(chǎng)線重合.( ) (7)在點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中,以點(diǎn)電荷為球心的同一球面上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都相同.( ) 提示:(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)× (7)× 做一做 如圖所示為真空中兩點(diǎn)電荷A、B形成的電場(chǎng)中的一簇電場(chǎng)線,已知該電場(chǎng)線關(guān)于虛線對(duì)稱(chēng),O點(diǎn)為A、B電荷連線的中點(diǎn),a、b為其連線的中垂線上對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn),則下列說(shuō)法正確的是( ) A.A、B可能帶等量異號(hào)的正、負(fù)電荷 B.A、B可能帶不等量的正電荷 C.a(chǎn)
5、、b兩點(diǎn)處無(wú)電場(chǎng)線,故其電場(chǎng)強(qiáng)度可能為零 D.同一試探電荷在a、b兩點(diǎn)處所受電場(chǎng)力大小相等,方向一定相反 提示:選D.根據(jù)題圖中的電場(chǎng)線分布可知,A、B帶等量的正電荷,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;a、b兩點(diǎn)處雖然沒(méi)有畫(huà)電場(chǎng)線,但其電場(chǎng)強(qiáng)度一定不為零,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由圖可知,a、b兩點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,方向相反,同一試探電荷在a、b兩點(diǎn)處所受電場(chǎng)力一定大小相等,方向相反,選項(xiàng)D正確. 想一想 計(jì)算兩個(gè)帶電小球之間的庫(kù)侖力時(shí),公式中的r一定是指兩個(gè)球心之間的距離嗎?為什么? 提示:不一定.當(dāng)兩個(gè)小球之間的距離相對(duì)于兩球的直徑較小時(shí),兩球不能看做點(diǎn)電荷,這時(shí)公式中的r大于(帶同種電荷)或小于(帶異種電
6、荷)兩個(gè)球心之間的距離. 對(duì)庫(kù)侖定律的理解及應(yīng)用[學(xué)生用書(shū)P127] 【知識(shí)提煉】 1.對(duì)庫(kù)侖定律的理解 (1)F=k,r指兩點(diǎn)電荷間的距離.對(duì)可視為點(diǎn)電荷的兩個(gè)均勻帶電球,r為兩球的球心間距. (2)當(dāng)兩個(gè)電荷間的距離r→0時(shí),電荷不能視為點(diǎn)電荷,它們之間的靜電力不能認(rèn)為趨于無(wú)限大. 2.求解涉及庫(kù)侖力的平衡問(wèn)題的解題思路 涉及庫(kù)侖力的平衡問(wèn)題與純力學(xué)平衡問(wèn)題分析方法一樣,受力分析是基礎(chǔ),應(yīng)用平衡條件是關(guān)鍵,都可以通過(guò)解析法、圖示法或兩種方法相結(jié)合解決問(wèn)題,但要注意庫(kù)侖力的大小隨著電荷間距變化的特點(diǎn).具體步驟如下: 【典題例析】 (多選)如圖所示,用兩根長(zhǎng)度
7、相同的絕緣細(xì)線把一個(gè)質(zhì)量為0.1 kg的小球A懸掛到水平板的M、N兩點(diǎn),A上帶有Q=3.0×10-6 C的正電荷.兩線夾角為120°,兩線上的拉力大小分別為F1和F2.A的正下方0.3 m處放有一帶等量異種電荷的小球B,B與絕緣支架的總質(zhì)量為0.2 kg(重力加速度取g=10 m/s2;靜電力常量k=9.0×109 N·m2/C2,A、B球可視為點(diǎn)電荷),則( ) A.支架對(duì)地面的壓力大小為2.0 N B.兩線上的拉力大小F1=F2=1.9 N C.將B水平右移,使M、A、B在同一直線上,此時(shí)兩線上的拉力大小F1=1.225 N,F(xiàn)2=1.0 N D.將B移到無(wú)窮遠(yuǎn)處,兩線上的拉
8、力大小F1=F2=0.866 N [審題指導(dǎo)] 對(duì)小球進(jìn)行受力分析,除受到重力、拉力外,還受到庫(kù)侖力,按照力的平衡的解題思路求解問(wèn)題. [解析] 設(shè)A、B間距為l,A對(duì)B有豎直向上的庫(kù)侖力,大小為FAB==0.9 N;對(duì)B與支架整體分析,豎直方向上合力為零,則FN+FAB=mg,可得FN=mg-FAB=1.1 N,由牛頓第三定律知F′N(xiāo)=FN,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因兩細(xì)線長(zhǎng)度相等,B在A的正下方,則兩繩拉力大小相等,小球A受到豎直向下的重力、庫(kù)侖力和F1、F2作用而處于平衡狀態(tài),因兩線夾角為120°,根據(jù)力的合成特點(diǎn)可知:F1=F2=GA+FAB=1.9 N,選項(xiàng)B正確;當(dāng)B移到無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí),F(xiàn)1=
9、F2=GA=1 N,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;當(dāng)B水平向右移至M、A、B在同一條直線上時(shí),如圖所示, 對(duì)A受力分析并沿水平和豎直方向正交分解, 水平方向:F1cos 30°=F2cos 30°+F′cos 30° 豎直方向:F1sin 30°+F2sin 30°=GA+F′sin 30° 由庫(kù)侖定律知,A、B間庫(kù)侖力大小F′===0.225 N,聯(lián)立以上各式可得F1=1.225 N,F(xiàn)2=1.0 N,選項(xiàng)C正確. [答案] BC 1.對(duì)庫(kù)侖定律應(yīng)用的認(rèn)識(shí) (1)對(duì)于兩個(gè)均勻帶電絕緣球體,可以將其視為電荷集中于球心的點(diǎn)電荷,r為兩球心之間的距離. (2)對(duì)于兩個(gè)帶電金屬球,要考慮金屬球
10、表面電荷的重新分布. (3)不能根據(jù)公式錯(cuò)誤地推論:當(dāng)r→0時(shí),F(xiàn)→∞.其實(shí),在這樣的條件下,兩個(gè)帶電體已經(jīng)不能再看成點(diǎn)電荷了. 2.電荷的分配規(guī)律 (1)兩個(gè)帶同種電荷的相同金屬球接觸,則其電荷量平分. (2)兩個(gè)帶異種電荷的相同金屬球接觸,則其電荷量先中和再平分. 3.三點(diǎn)電荷共線平衡模型:三個(gè)點(diǎn)電荷若只受電場(chǎng)力且共線平衡,則滿(mǎn)足“兩同夾一異,兩大夾一小,近小遠(yuǎn)大”的原則,即若已知一正一負(fù)兩點(diǎn)電荷,則第三個(gè)點(diǎn)電荷應(yīng)放在小電荷的外側(cè)且與小電荷電性相反,再根據(jù)受力平衡求解相應(yīng)距離和對(duì)應(yīng)電荷量. 【遷移題組】 遷移1 庫(kù)侖定律與電荷守恒定律的結(jié)合問(wèn)題 1.三個(gè)相同的金屬小球1、
11、2、3分別置于絕緣支架上,各球之間的距離遠(yuǎn)大于小球的直徑.球1的電荷量為q,球2的電荷量為nq,球3不帶電且離球1和球2很遠(yuǎn),此時(shí)球1、2之間作用力的大小為F.現(xiàn)使球3先與球2接觸,再與球1接觸,然后將球3移至遠(yuǎn)處,此時(shí)1、2之間作用力的大小仍為F,方向不變.由此可知( ) A.n=3 B.n=4 C.n=5 D.n=6 解析:選D.由于各球之間距離遠(yuǎn)大于小球的直徑,小球帶電時(shí)可視為點(diǎn)電荷.由庫(kù)侖定律F=k知兩點(diǎn)電荷間距離不變時(shí),相互間靜電力大小與兩球所帶電荷量的乘積成正比.又由于三小球相同,則接觸時(shí)平分總電荷量,故有q×nq=×,解得n=6,D正確. 遷移2 三
12、點(diǎn)電荷共線平衡的求解 2. 如圖所示,在一條直線上有兩個(gè)相距0.4 m 的點(diǎn)電荷A、B,A帶電荷量為+Q,B帶電荷量為-9Q.現(xiàn)引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C,恰好使三個(gè)點(diǎn)電荷處于平衡狀態(tài),問(wèn):C應(yīng)帶什么性質(zhì)的電荷,應(yīng)放于何處?所帶電荷量為多少? 解析:根據(jù)平衡條件判斷,C應(yīng)帶負(fù)電荷,放在A的左邊且和A、B在一條直線上,設(shè)C帶電荷量為q,與A點(diǎn)相距為x,如圖所示. 答案:應(yīng)為帶電荷量為Q的負(fù)電荷,置于A左方0.2 m處且和A、B在一條直線上 遷移3 庫(kù)侖力作用下的平衡問(wèn)題 3.(多選)(2018·吉林長(zhǎng)春外國(guó)語(yǔ)學(xué)校檢測(cè))如圖所示,帶電小球A、B的電荷分別為QA、QB,OA=O
13、B,都用長(zhǎng)L的絲線懸掛在O點(diǎn).靜止時(shí)A、B相距為d.為使平衡時(shí)AB間距離減為,可采用以下哪些方法( ) A.將小球A、B的質(zhì)量都增加到原來(lái)的2倍 B.將小球B的質(zhì)量增加到原來(lái)的8倍 C.將小球A、B的電荷量都減小到原來(lái)的一半 D.將小球A、B的電荷量都減小到原來(lái)的一半,同時(shí)將小球B的質(zhì)量增加到原來(lái)的2倍 解析: 選BD.如圖所示,B受重力、繩子的拉力及庫(kù)侖力;將拉力及庫(kù)侖力合成,其合力應(yīng)與重力大小相等、方向相反;由幾何關(guān)系可知,=,而庫(kù)侖力F=;即==k,即mBgd3=kQAQBL.要使d變?yōu)?,可以使B球質(zhì)量增大到原來(lái)的8倍而保證上式成立,故A錯(cuò)誤,B正確;或?qū)⑿∏駻、B的電
14、荷量都減小到原來(lái)的一半,同時(shí)小球B的質(zhì)量增加到原來(lái)的2倍,也可保證等式成立,故C錯(cuò)誤,D正確. 對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的理解及巧解[學(xué)生用書(shū)P129] 【知識(shí)提煉】 電場(chǎng)強(qiáng)度三個(gè)表達(dá)式的比較 表達(dá)式 比較 E= E=k E= 公式意義 電場(chǎng)強(qiáng)度定義式 真空中點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的決定式 勻強(qiáng)電場(chǎng)中E與U的關(guān)系式 適用條件 一切電場(chǎng) (1)真空 (2)點(diǎn)電荷 勻強(qiáng)電場(chǎng) 決定因素 由電場(chǎng)本身決定,與q無(wú)關(guān) 由場(chǎng)源電荷Q和場(chǎng)源電荷到該點(diǎn)的距離r共同決定 由電場(chǎng)本身決定,d為沿電場(chǎng)方向的距離 相同點(diǎn) 矢量,遵守平行四邊形定則單位:1 N/C=1 V/m 【典題例析】
15、 直角坐標(biāo)系xOy中,M、N兩點(diǎn)位于x軸上,G、H兩點(diǎn)坐標(biāo)如圖.M、N兩點(diǎn)各固定一負(fù)點(diǎn)電荷,一電量為Q的正點(diǎn)電荷置于O點(diǎn)時(shí),G點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度恰好為零.靜電力常量用k表示.若將該正點(diǎn)電荷移到G點(diǎn),則H點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向分別為( ) A.,沿y軸正向 B.,沿y軸負(fù)向 C.,沿y軸正向 D.,沿y軸負(fù)向 [審題指導(dǎo)] 由點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式E=可計(jì)算出各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小,再由矢量合成原則分析場(chǎng)強(qiáng)的疊加. [解析] 處于O點(diǎn)的正點(diǎn)電荷在G點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E1=k,方向沿y軸負(fù)向;又因?yàn)镚點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)為零,所以M、N處兩負(fù)點(diǎn)電荷在G點(diǎn)共同產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E2=E1=k,方向沿y軸正向;根據(jù)對(duì)稱(chēng)性,M
16、、N處兩負(fù)點(diǎn)電荷在H點(diǎn)共同產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E3=E2=k,方向沿y軸負(fù)向;將該正點(diǎn)電荷移到G處,該正點(diǎn)電荷在H點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E4=k,方向沿y軸正向,所以H點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E=E3-E4=,方向沿y軸負(fù)向. [答案] B 電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加與計(jì)算 【遷移題組】 遷移1 點(diǎn)電荷電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算 1.如圖,真空中xOy平面直角坐標(biāo)系上的A、B、C三點(diǎn)構(gòu)成等邊三角形,邊長(zhǎng)L=2.0 m.若將電荷量均為q=+2.0×10-6 C的兩點(diǎn)電荷分別固定在A、B點(diǎn),已知靜電力常量k=9.0×109 N·m2/C2,求: (1)兩點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力大?。? (2)C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向. 解析:(1)
17、根據(jù)庫(kù)侖定律,A、B兩點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力大小為F=k?、? 代入數(shù)據(jù)得F=9.0×10-3 N. ② (2)A、B兩點(diǎn)電荷在C點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等,均為 E1=k ③ A、B兩點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)在C點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)大小為 E=2E1cos 30° ④ 由③④式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得E≈7.8×103 N/C 場(chǎng)強(qiáng)E的方向沿y軸正方向. 答案:(1)9.0×10-3 N (2)7.8×103 N/C 方向沿y軸正方向 遷移2 特殊電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度的巧解 2.均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場(chǎng)等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場(chǎng).如圖所示,在半球面AB上均勻分布正電荷,總電荷量為q,球面半徑為R,CD
18、為通過(guò)半球面頂點(diǎn)與球心O的軸線,在軸線上有M、N兩點(diǎn),OM=ON=2R.已知M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E,則N點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為( ) A.-E B. C.-E D.+E 解析:選A.左半球面AB上的正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)等效為帶正電荷為2q的整個(gè)球面的電場(chǎng)和帶電荷-q的右半球面的電場(chǎng)的合電場(chǎng),則E=-E′,E′為帶電荷-q的右半球面在M點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大?。畮щ姾桑璹的右半球面在M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小與帶正電荷為q的左半球面AB在N點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等,則EN=E′=-E=-E,則A正確. 電場(chǎng)線與粒子運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題[學(xué)生用書(shū)P129] 【知識(shí)提煉】 1.電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡與電場(chǎng)線一般不重合.若電
19、荷只受電場(chǎng)力的作用,在以下條件均滿(mǎn)足的情況下兩者重合 (1)電場(chǎng)線是直線. (2)電荷由靜止釋放或有初速度,且初速度方向與電場(chǎng)線方向平行. 2.由粒子運(yùn)動(dòng)軌跡判斷粒子運(yùn)動(dòng)情況 (1)粒子受力方向指向曲線的內(nèi)側(cè),且與電場(chǎng)線相切. (2)由電場(chǎng)線的疏密判斷加速度大?。? (3)由電場(chǎng)力做功的正負(fù)判斷粒子動(dòng)能的變化情況. 【典題例析】 (多選)如圖所示,實(shí)線為不知方向的三條電場(chǎng)線,從電場(chǎng)中M點(diǎn)以相同速度飛出a、b兩個(gè)帶電粒子,僅在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中虛線所示.則( ) A.a(chǎn)一定帶正電,b一定帶負(fù)電 B.a(chǎn)的速度將減小,b的速度將增大 C.a(chǎn)的加速度將減小,b的加
20、速度將增大 D.兩個(gè)粒子的電勢(shì)能都減少 [審題指導(dǎo)] 解此題關(guān)鍵要抓住兩點(diǎn): (1)利用運(yùn)動(dòng)軌跡結(jié)合曲線運(yùn)動(dòng)分析粒子的受力方向及做功特點(diǎn). (2)利用電場(chǎng)線的疏密分析電場(chǎng)力及加速度的大?。? [解析] 因?yàn)殡妶?chǎng)線方向未知,不能確定a、b的電性,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于電場(chǎng)力對(duì)a、b都做正功,所以a、b的速度都增大,電勢(shì)能都減少,選項(xiàng)B錯(cuò)誤、D正確;粒子的加速度大小取決于電場(chǎng)力的大小,a向電場(chǎng)線稀疏的方向運(yùn)動(dòng),b向電場(chǎng)線密集的方向運(yùn)動(dòng),所以選項(xiàng)C正確. [答案] CD 1.重要電場(chǎng)線的比較 比較項(xiàng)目 等量異種點(diǎn)電荷 等量同種點(diǎn)電荷 電場(chǎng)線分布圖 連線中點(diǎn)O處的場(chǎng)強(qiáng)
21、 連線上O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最小,指向負(fù)電荷一方 為零 連線上的場(chǎng)強(qiáng)大小(從左到右) 沿連線先變小,再變大 沿連線先變小,再變大 沿中垂線由O點(diǎn)向外場(chǎng)強(qiáng)大小 O點(diǎn)最大,向外逐漸減小 O點(diǎn)最小,向外先變大后變小 關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的A與A′、B與B′的場(chǎng)強(qiáng) 等大同向 等大反向 2.求解電場(chǎng)線與運(yùn)動(dòng)軌跡問(wèn)題的方法 (1)“運(yùn)動(dòng)與力兩線法”——畫(huà)出“速度線”(運(yùn)動(dòng)軌跡在初始位置的切線)與“力線”(在初始位置電場(chǎng)線的切線方向),從二者的夾角情況來(lái)分析曲線運(yùn)動(dòng)的情況. (2)“三不知時(shí)要假設(shè)”——電荷的正負(fù)、場(chǎng)強(qiáng)的方向(或等勢(shì)面電勢(shì)的高低)、電荷運(yùn)動(dòng)的方向,是題意中相互制約的三個(gè)方面.若已知其中
22、的任一個(gè),可順次向下分析判定各待求量;若三個(gè)都不知(三不知),則要用“假設(shè)法”分別討論各種情況. 【遷移題組】 遷移1 等量異(同)種電荷電場(chǎng)線的分布 1.如圖所示,在真空中有兩個(gè)固定的等量異種點(diǎn)電荷+Q和-Q.直線MN是兩點(diǎn)電荷連線的中垂線,O是兩點(diǎn)電荷連線與直線MN的交點(diǎn).a(chǎn)、b是兩點(diǎn)電荷連線上關(guān)于O的對(duì)稱(chēng)點(diǎn),c、d是直線MN上的兩個(gè)點(diǎn).下列說(shuō)法中正確的是( ) A.a(chǎn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng);將一檢驗(yàn)電荷沿MN由c移動(dòng)到d,所受電場(chǎng)力先增大后減小 B.a(chǎn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)小于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng);將一檢驗(yàn)電荷沿MN由c移動(dòng)到d,所受電場(chǎng)力先減小后增大 C.a(chǎn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng);將一檢驗(yàn)
23、電荷沿MN由c移動(dòng)到d,所受電場(chǎng)力先增大后減小 D.a(chǎn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng);將一檢驗(yàn)電荷沿MN由c移動(dòng)到d,所受電場(chǎng)力先減小后增大 解析:選C.在兩電荷的連線上,由場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理可知,中點(diǎn)O場(chǎng)強(qiáng)最小,從O點(diǎn)到a點(diǎn)或b點(diǎn),場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大,由于a、b是兩點(diǎn)電荷連線上關(guān)于O的對(duì)稱(chēng)點(diǎn),場(chǎng)強(qiáng)相等,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;在兩電荷連線的中垂線上,中點(diǎn)O的場(chǎng)強(qiáng)最大,由O點(diǎn)到c點(diǎn)或d點(diǎn),場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小,所以沿MN從c點(diǎn)到d點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)先增大后減小,因此檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力先增大后減小,所以C正確、D錯(cuò)誤. 遷移2 電場(chǎng)線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)分析 2. 如圖,P是固定的點(diǎn)電荷,虛線是以P為圓心的兩個(gè)圓.帶電粒子Q在P的
24、電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡與兩圓在同一平面內(nèi),a、b、c為軌跡上的三個(gè)點(diǎn).若Q僅受P的電場(chǎng)力作用,其在a、b、c點(diǎn)的加速度大小分別為aa、ab、ac,速度大 小分別為va、vb、vc,則( ) A.a(chǎn)a>ab>ac,va>vc>vb B.a(chǎn)a>ab>ac,vb>vc>va C.a(chǎn)b>ac>aa,vb>vc>va D.a(chǎn)b>ac>aa,va>vc>vb 解析:選D.由點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=k可知,離場(chǎng)源點(diǎn)電荷P越近,電場(chǎng)強(qiáng)度越大,Q受到的電場(chǎng)力越大,由牛頓第二定律可知,加速度越大,由此可知,ab>ac>aa,A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤;由力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系可知,Q受到的庫(kù)侖力指向運(yùn)動(dòng)軌跡凹的一側(cè),因此Q
25、與P帶同種電荷,Q從c到b的過(guò)程中,電場(chǎng)力做負(fù)功,動(dòng)能減少,從b到a的過(guò)程中電場(chǎng)力做正功,動(dòng)能增加,因此Q在b點(diǎn)的速度最小,由于c、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差的絕對(duì)值小于a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差的絕對(duì)值,因此Q從c到b的過(guò)程中,動(dòng)能的減少量小于從b到a的過(guò)程中動(dòng)能的增加量,Q在c點(diǎn)的動(dòng)能小于在a點(diǎn)的動(dòng)能,即有va>vc>vb,C選項(xiàng)錯(cuò)誤、D選項(xiàng)正確. 遷移3 根據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)情況判斷電場(chǎng)線分布 3. 一負(fù)電荷從電場(chǎng)中A點(diǎn)由靜止釋放,只受電場(chǎng)力作用,沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),它運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖所示,則A、B兩點(diǎn)所在區(qū)域的電場(chǎng)線分布情況可能是下圖中的( ) 解析:選C.由v-t圖象可知負(fù)電荷在電場(chǎng)中做加
26、速度越來(lái)越大的加速運(yùn)動(dòng),故電場(chǎng)線應(yīng)由B指向A且A到B的方向場(chǎng)強(qiáng)變大,電場(chǎng)線變密,選項(xiàng)C正確. , [學(xué)生用書(shū)P130]) 1. (多選)(2016·高考浙江卷)如圖所示,把A、B兩個(gè)相同的導(dǎo)電小球分別用長(zhǎng)為0.10 m的絕緣細(xì)線懸掛于OA和OB兩點(diǎn).用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒與A球接觸,棒移開(kāi)后將懸點(diǎn)OB移到OA點(diǎn)固定.兩球接觸后分開(kāi),平衡時(shí)距離為0.12 m.已測(cè)得每個(gè)小球質(zhì)量是8.0×10-4 kg,帶電小球可視為點(diǎn)電荷,重力加速度g=10 m/s2,靜電力常量k=9.0×109 N·m2/C2,則( ) A.兩球所帶電荷量相等 B.A球所受的靜電力為1.0×10-
27、2 N C.B球所帶的電荷量為4×10-8 C D.A、B兩球連線中點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為0 解析:選ACD.用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒帶正電荷,與A球接觸后A球也帶正電荷,兩球接觸后分開(kāi),B球也帶正電荷,且兩球所帶電荷量相等,A正確;兩球相互排斥,穩(wěn)定后A球受力情況如圖所示 sin θ==0.60, θ=37° F庫(kù)=mgtan 37°=6.0×10-3 N,B項(xiàng)錯(cuò)誤; F庫(kù)=k QA=QB=Q,r=0.12 m 聯(lián)立上式得Q=4×10-8 C,故C項(xiàng)正確;由等量同種點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的特點(diǎn)可知,A、B兩球連線中點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為0,故D項(xiàng)正確. 2.(多選)(2017·高考天津卷)
28、
如圖所示,在點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中,實(shí)線MN是一條方向未標(biāo)出的電場(chǎng)線,虛線AB是一個(gè)電子只在靜電力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡.設(shè)電子在A、B兩點(diǎn)的加速度大小分別為aA、aB,電勢(shì)能分別為EpA、EpB.下列說(shuō)法正確的是( )
A.電子一定從A向B運(yùn)動(dòng)
B.若aA>aB,則Q靠近M端且為正電荷
C.無(wú)論Q為正電荷還是負(fù)電荷一定有EpA
29、,因此Q靠近M端且為正電荷,B正確;無(wú)論Q是正電荷還是負(fù)電荷,若電子從A運(yùn)動(dòng)到B,一定是克服電場(chǎng)力做功,若電子從B運(yùn)動(dòng)到A,一定是電場(chǎng)力做正功,即一定有EpA 30、b、d連線上的兩點(diǎn),A、C、B、D到正方形中心O的距離相等.則下列判斷正確的是( )
A.D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零
B.A、B、C、D四點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相等
C.A點(diǎn)電勢(shì)比B點(diǎn)電勢(shì)高
D.O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零
解析:選CD.根據(jù)電場(chǎng)的疊加原理,a、c兩個(gè)電極帶等量正電荷,其中點(diǎn)O的合場(chǎng)強(qiáng)為零,b、d兩個(gè)電極帶等量負(fù)電荷,其中點(diǎn)O的合場(chǎng)強(qiáng)為零,則O點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零,D正確;同理,D點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右,A錯(cuò)誤;A、B、C、D四點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等,方向不同,B錯(cuò)誤;由電場(chǎng)特點(diǎn)知,電場(chǎng)方向由A指向O,由O指向B,故φA>φO,φO>φB,則φA>φB,C正確.
4.(2017·高考北京卷)如圖所示, 31、長(zhǎng)l=1 m的輕質(zhì)細(xì)繩上端固定,下端連接一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的帶電小球,小球靜止在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,繩與豎直方向的夾角θ=37°.已知小球所帶電荷量q=1.0×10-6 C,勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=3.0×103 N/C,取重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:
(1)小球所受電場(chǎng)力F的大?。?
(2)小球的質(zhì)量m.
(3)將電場(chǎng)撤去,小球回到最低點(diǎn)時(shí)速度v的大小.
解析:(1)F=qE=3.0×10-3 N.
(2)由=tan 37°,得m=4.0×10-4 kg.
(3)由mgl(1-cos 37°)=mv2,得v==2.0 m/s.
答 32、案:見(jiàn)解析
[學(xué)生用書(shū)P319(單獨(dú)成冊(cè))]
(建議用時(shí):60分鐘)
一、單項(xiàng)選擇題
1.兩個(gè)分別帶有電荷量-Q和+5Q的相同金屬小球(均可視為點(diǎn)電荷),固定在相距為r的兩處,它們間庫(kù)侖力的大小為F,兩小球相互接觸后將其固定距離變?yōu)椋瑒t兩球間庫(kù)侖力的大小為( )
A. B.
C. D.
解析:選D.兩球相距r時(shí),根據(jù)庫(kù)侖定律F=k,兩球接觸后,帶電荷量均為2Q,則F′=k,由以上兩式可解得F′=,D正確.
2.(2015·高考浙江卷)如圖所示為靜電力演示儀,兩金屬極板分別固定于絕緣支架上,且正對(duì)平行放置.工作時(shí)兩板分別接高壓直流電源的正負(fù)極,表面鍍鋁的乒乓 33、球用絕緣細(xì)線懸掛在兩金屬極板中間,則( )
A.乒乓球的左側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷
B.乒乓球受到擾動(dòng)后,會(huì)被吸在左極板上
C.乒乓球共受到電場(chǎng)力、重力和庫(kù)侖力三個(gè)力的作用
D.用絕緣棒將乒乓球撥到與右極板接觸,放開(kāi)后乒乓球會(huì)在兩極板間來(lái)回碰撞
解析:選D.兩極板間電場(chǎng)由正極板指向負(fù)極板,鍍鋁乒乓球內(nèi)電子向正極板一側(cè)聚集,故乒乓球的右側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;乒乓球受到重力、細(xì)線拉力和電場(chǎng)力三個(gè)力的作用,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;乒乓球與任一金屬極板接觸后會(huì)帶上與這一金屬極板同種性質(zhì)的電荷,而相互排斥,不會(huì)吸在金屬極板上,到達(dá)另一側(cè)接觸另一金屬極板時(shí)也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象,所以乒乓球會(huì)在兩極板間來(lái)回碰撞 34、,選項(xiàng)B錯(cuò)誤、D正確.
3.(2016·高考江蘇卷)一金屬容器置于絕緣板上,帶電小球用絕緣細(xì)線懸掛于容器中,容器內(nèi)的電場(chǎng)線分布如圖所示.容器內(nèi)表面為等勢(shì)面,A、B為容器內(nèi)表面上的兩點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是( )
A.A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比B點(diǎn)的大
B.小球表面的電勢(shì)比容器內(nèi)表面的低
C.B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與該處內(nèi)表面垂直
D.將檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)沿不同路徑移到B點(diǎn),電場(chǎng)力所做的功不同
解析:選C.由于A點(diǎn)處電場(chǎng)線比B點(diǎn)處電場(chǎng)線疏,因此A點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度比B點(diǎn)小,A項(xiàng)錯(cuò)誤;沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低,因此小球表面的電勢(shì)比容器內(nèi)表面的電勢(shì)高,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于處于靜電平衡的導(dǎo)體表面是等勢(shì)面,電場(chǎng)線垂直 35、于等勢(shì)面,因此B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與該處內(nèi)表面垂直,C項(xiàng)正確;將檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)沿不同的路徑移到B點(diǎn),由于A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差恒定,因此電場(chǎng)力做功WAB=qUAB相同,D項(xiàng)錯(cuò)誤.
4.如圖所示,一半徑為R的圓盤(pán)上均勻分布著電荷量為Q的電荷,在垂直于圓盤(pán)且過(guò)圓心c的軸線上有a、b、d三個(gè)點(diǎn),a和b、b和c、c和d間的距離均為R,在a點(diǎn)處有一電荷量為q(q>0)的固定點(diǎn)電荷.已知b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零,則d點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)的大小為(k為靜電力常量)( )
A.k B.k
C.k D.k
解析:選B.由b點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)為零可得圓盤(pán)在b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)與點(diǎn)電荷q在b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相反,所以 36、圓盤(pán)在b點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為Eb=k,再根據(jù)圓盤(pán)場(chǎng)強(qiáng)的對(duì)稱(chēng)性和電場(chǎng)強(qiáng)度疊加即可得出d點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為Ed=Eb+k=k,B正確.
5.如圖所示,xOy平面是無(wú)窮大導(dǎo)體的表面,該導(dǎo)體充滿(mǎn)z<0的空間,z>0的空間為真空.將電荷量為q的點(diǎn)電荷置于z軸上z=h處,則在xOy平面上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷.空間任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)皆是由點(diǎn)電荷q和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷共同激發(fā)的.已知靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,則在z軸上z=處的場(chǎng)強(qiáng)大小為(k為靜電力常量)( )
A.k B.k
C.k D.k
解析:選D.點(diǎn)電荷q和感應(yīng)電荷所形成的電場(chǎng)在z>0的區(qū)域可等效成關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的電偶極子形成的電場(chǎng).所以z軸上z 37、=處的場(chǎng)強(qiáng)E=k+k=k,選項(xiàng)D正確.
6.
將兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球a、b用絕緣細(xì)線相連,豎直懸掛于O點(diǎn),其中球a帶正電、電荷量為q,球b不帶電,現(xiàn)加一電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行豎直平面的勻強(qiáng)電場(chǎng)(沒(méi)畫(huà)出),使整個(gè)裝置處于平衡狀態(tài),且繃緊的絕緣細(xì)線Oa與豎直方向的夾角為θ=30°,如圖所示,則所加勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小可能為( )
A. B.
C. D.
解析:選B.
取小球a、b整體作為研究對(duì)象,則受重力2mg、懸線拉力FT和電場(chǎng)力F作用處于平衡,此三力滿(mǎn)足如圖所示的三角形關(guān)系,由圖知F的最小值為2mgsin 30°=mg,由F=qE知A、C、D錯(cuò),B對(duì).
二、多項(xiàng)選擇題
7 38、.如圖所示為在同一電場(chǎng)中a、b、c、d四點(diǎn)分別引入檢驗(yàn)電荷時(shí),測(cè)得的檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力跟它的電荷量的函數(shù)關(guān)系圖象,那么下列敘述正確的是( )
A.這個(gè)電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)
B.a(chǎn)、b、c、d四點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系是Ed>Ea>Eb>Ec
C.a(chǎn)、b、c、d四點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系是Ea>Ec>Eb>Ed
D.a(chǎn)、b、d三點(diǎn)的強(qiáng)場(chǎng)方向相同
解析:選CD.由場(chǎng)強(qiáng)的定義式E=并結(jié)合圖象的斜率可知電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,則Ea>Ec>Eb>Ed,此電場(chǎng)不是勻強(qiáng)電場(chǎng),選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;圖象斜率的正負(fù)表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,a、b、d三點(diǎn)相應(yīng)圖線的斜率為正,三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同,選項(xiàng)D正確.
8.(2015 39、·高考江蘇卷)兩個(gè)相同的負(fù)電荷和一個(gè)正電荷附近的電場(chǎng)線分布如圖所示.c是兩負(fù)電荷連線的中點(diǎn),d點(diǎn)在正電荷的正上方,c、d到正電荷的距離相等,則( )
A.a(chǎn)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的大
B.a(chǎn)點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的高
C.c點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比d點(diǎn)的大
D.c點(diǎn)的電勢(shì)比d點(diǎn)的低
解析:選ACD.由題圖看出,a點(diǎn)處電場(chǎng)線比b點(diǎn)處電場(chǎng)線密,則a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng),故A正確.電場(chǎng)線從正電荷到負(fù)電荷,沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低,所以b點(diǎn)的電勢(shì)比a點(diǎn)的高,所以B錯(cuò)誤;負(fù)電荷在c點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零,c點(diǎn)只有正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度,在d點(diǎn)正電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)向上,兩個(gè)負(fù)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)向下,合場(chǎng)強(qiáng)是它們的差值,所以c點(diǎn)的 40、電場(chǎng)強(qiáng)度比d點(diǎn)的大,所以C正確;正電荷到c點(diǎn)的平均場(chǎng)強(qiáng)大于正電荷到d點(diǎn)的平均場(chǎng)強(qiáng),根據(jù)U=Ed可知,正電荷到c點(diǎn)電勢(shì)降低的多,所以c點(diǎn)的電勢(shì)比d點(diǎn)的低,所以D正確.
9.(多選)(高考浙江卷)如圖所示,水平地面上固定一個(gè)光滑絕緣斜面,斜面與水平面的夾角為θ.一根輕質(zhì)絕緣細(xì)線的一端固定在斜面頂端,另一端系有一個(gè)帶電小球A,細(xì)線與斜面平行.小球A的質(zhì)量為m、電量為q.小球A的右側(cè)固定放置帶等量同種電荷的小球B,兩球心的高度相同、間距為d.靜電力常量為k,重力加速度為g,兩帶電小球可視為點(diǎn)電荷.小球A靜止在斜面上,則( )
A.小球A與B之間庫(kù)侖力的大小為
B.當(dāng)=時(shí),細(xì)線上的拉力為0
41、
C.當(dāng)=時(shí),細(xì)線上的拉力為0
D.當(dāng)=時(shí),斜面對(duì)小球A的支持力為0
解析:選AC.
根據(jù)庫(kù)侖定律,A、B小球間的庫(kù)侖力F庫(kù)=k,選項(xiàng)A正確.小球A受豎直向下的重力mg,水平向左的庫(kù)侖力F庫(kù)=,由平衡條件知,當(dāng)斜面對(duì)小球A的支持力FN的大小等于重力與庫(kù)侖力的合力大小時(shí),細(xì)線上的拉力等于零,如圖所示,則=tan θ,所以=,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;斜面對(duì)小球A的支持力FN始終不會(huì)等于零,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
10.
如圖所示PO為光滑絕緣豎直墻壁、OQ為光滑絕緣水平地面,地面上方有一水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E,帶正電荷的A、B兩小球(可視為質(zhì)點(diǎn))均緊靠接觸面而處于靜止?fàn)顟B(tài),這時(shí)兩球之間的距離 42、為L(zhǎng).若在小球A上加豎直推力F,小球A沿墻壁PO向著O點(diǎn)移動(dòng)一小段距離后,適當(dāng)移動(dòng)B球,小球A與B重新處于靜止?fàn)顟B(tài),則與原來(lái)比較(兩小球所帶電荷量保持不變)( )
A.A球?qū)ωQ直墻壁的作用力不變
B.兩球之間的距離一定增大
C.A球?qū)球作用的靜電力增大
D.地面對(duì)B球的彈力不變
解析:選AC.由題意知,A球加上力F移動(dòng)一段距離后仍處于靜止?fàn)顟B(tài),故B球?qū)球的庫(kù)侖力沿豎直方向上分力增大,B球應(yīng)該向左移動(dòng),A球?qū)球的庫(kù)侖力在水平方向的分力等于勻強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)B球的靜電力,而勻強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)B球的靜電力不變,根據(jù)作用力和反作用力的關(guān)系,B球?qū)球的庫(kù)侖力在水平方向的分力大小也不變,所以A球?qū)ωQ直 43、墻壁的壓力不變,選項(xiàng)A正確;A、B兩球的連線與水平方向的夾角θ變大,F(xiàn)庫(kù)cosθ不變,庫(kù)侖力F庫(kù)一定變大,選項(xiàng)C正確;兩球之間的距離減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)力的相互作用性可知,A球?qū)球的庫(kù)侖力在豎直方向上的分力變大,故地面對(duì)B球的彈力變大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
三、非選擇題
11.如圖所示,在光滑絕緣水平面上放置電荷量分別為q1、q2、q3的三個(gè)點(diǎn)電荷,三者位于一條直線上,已知q1與q2之間的距離為l1,q2與q3之間的距離為l2,三個(gè)點(diǎn)電荷都處于靜止?fàn)顟B(tài).
(1)若q2為正電荷,判斷q1和q3的電性;
(2)求q1、q2、q3三者電荷量大小之比.
解析:(1)q2為正電荷時(shí),假設(shè)q1為 44、正電荷,要使q2受力平衡,q3應(yīng)為正電荷,但此時(shí)分析q1的受力情況,q2對(duì)q1有向左的斥力,q3對(duì)q1也有向左的斥力,q1所受的合力向左,不能平衡,因此,q2為正電荷時(shí),q1只能為負(fù)電荷.同理可知,q3為負(fù)電荷.
(2)三個(gè)點(diǎn)電荷所受合力都等于零,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件和庫(kù)侖定律有,對(duì)q2:k=k
對(duì)q1:k=k
聯(lián)立可解得q1∶q2∶q3=∶1∶.
答案:(1)負(fù) 負(fù) (2)∶1∶
12.
(2018·泉州檢測(cè))如圖,一半徑為r的圓環(huán)上均勻分布著電荷量為+Q的電荷,在垂直于圓環(huán)面且過(guò)圓心O的軸線上有A、B、C三個(gè)點(diǎn),C和O、O和A間的距離均為d,AB間距離為2d.在B點(diǎn)處有一電荷 45、量為+q的固定點(diǎn)電荷.已知A點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零,k為靜電力常量,求:
(1)帶電圓環(huán)在O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大??;
(2)C點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng).
解析:(1)圓環(huán)上關(guān)于圓心對(duì)稱(chēng)的兩小段圓弧上的電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相反,其合場(chǎng)強(qiáng)為零,則帶電圓環(huán)在O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為EO=0.
(2)A點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零,根據(jù)電場(chǎng)疊加原理知,帶電圓環(huán)和B點(diǎn)處點(diǎn)電荷在A點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小均為
EBA=、兩者方向相反
根據(jù)對(duì)稱(chēng)性可知帶電圓環(huán)在C點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為
EC1=、方向沿OC向外
B處點(diǎn)電荷在C點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為
EC2=、方向沿OC向外,則C點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)E=EC1+EC2,解得E=、方向沿OC向外.
答案:(1)0 (2),方向沿OC向外
20
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