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1、
第1講 電場(chǎng)的力的性質(zhì)
◎基礎(chǔ)鞏固練
1.保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),抵制盜版是我們每個(gè)公民的責(zé)任與義務(wù)。盜版書籍影響我們的學(xué)習(xí)效率,甚至給我們的學(xué)習(xí)帶來(lái)隱患。小華有一次不小心購(gòu)買了盜版的物理參考書,做練習(xí)時(shí),他發(fā)現(xiàn)有一個(gè)關(guān)鍵數(shù)字看不清,拿來(lái)問(wèn)老師,如果你是老師,你認(rèn)為可能是下列數(shù)字中的( )
A.6.2×10-19 C B.6.4×10-19 C
C.6.6×10-19 C D.6.8×10-19 C
解析: 任何帶電體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍,即是1.6×10-19 C的整數(shù)倍,由計(jì)算可知,只有B選項(xiàng)是1.6×10-19 C的整數(shù)倍,故選項(xiàng)B正確。
答案: B
2.A
2、、B、C三點(diǎn)在同一直線上,AB∶BC=1∶2,B點(diǎn)位于A、C之間,在B處固定一電荷量為Q的點(diǎn)電荷。當(dāng)在A處放一電荷量為+q的點(diǎn)電荷時(shí),它所受到的電場(chǎng)力為F;移去A處電荷,在C處放一電荷量為-2q的點(diǎn)電荷,其所受電場(chǎng)力為 ( )
A.- B.
C.-F D.F
解析: 設(shè)A、B間距離為x,則B、C間距離為2x,根據(jù)庫(kù)侖定律有F=k,在C處放一電荷量為-2q的點(diǎn)電荷,其所受電場(chǎng)力為F′=k=,考慮電場(chǎng)力方向易知B正確。
答案: B
3.(2018·江蘇南通第三次調(diào)研)如圖所示,在正方形四個(gè)頂點(diǎn)分別放置一個(gè)點(diǎn)電荷,所帶電荷量已在圖中標(biāo)出,則下列四個(gè)選項(xiàng)中,正方形中心處場(chǎng)強(qiáng)最大的是( )
3、
解析: 根據(jù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=k,結(jié)合矢量合成法則求解。設(shè)正方形頂點(diǎn)到中心的距離為r,則A選項(xiàng)中電場(chǎng)強(qiáng)度EA=0,B選項(xiàng)中電場(chǎng)強(qiáng)度EB=2k,C選項(xiàng)中電場(chǎng)強(qiáng)度EC=k,D選項(xiàng)中電場(chǎng)強(qiáng)度ED=k,所以B正確。
答案: B
4.
(多選)電場(chǎng)線能直觀、方便地比較出電場(chǎng)中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小。如圖是等量異種點(diǎn)電荷所形成電場(chǎng)的電場(chǎng)線,A、B為同一電場(chǎng)線上對(duì)稱的兩點(diǎn),以下說(shuō)法正確的是( )
A.A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相同
B.將一負(fù)點(diǎn)電荷先后置于A、B兩點(diǎn),其受到的電場(chǎng)力大小相等
C.A點(diǎn)的電勢(shì)比B點(diǎn)的電勢(shì)高
D.把一質(zhì)子從A點(diǎn)移到B點(diǎn),質(zhì)子的電勢(shì)能減小
解析: 電場(chǎng)線的疏密程度表示
4、場(chǎng)強(qiáng)大小,切線方向表示場(chǎng)強(qiáng)方向,故A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等,方向不同,A錯(cuò)誤;A、B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等,同一負(fù)點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力大小相等,B正確;沿電場(chǎng)線方向,電勢(shì)降低,A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì),C正確;質(zhì)子帶正電,從A點(diǎn)到B點(diǎn)電勢(shì)降低,質(zhì)子從A點(diǎn)到B點(diǎn)電勢(shì)能減小,D正確。
答案: BCD
5.
如圖所示,內(nèi)壁光滑絕緣的半球形容器固定在水平面上,O為球心,一質(zhì)量為m,帶電荷量為q的小滑塊,靜止于P點(diǎn),整個(gè)裝置處于沿水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。設(shè)滑塊所受支持力為FN,OP與水平方向的夾角為θ。下列關(guān)系正確的是( )
A.qE= B.qE=mgtan θ
C.FN= D.FN=mgtan θ
5、解析: 小滑塊受重力、電場(chǎng)力和支持力作用,小滑塊處于平衡狀態(tài),根據(jù)力的合成與分解,有qE=,F(xiàn)N=。故正確答案為A。
答案: A
6.
(多選)一絕緣細(xì)線Oa下端系一質(zhì)量為m的帶正電的小球a,在正下方有一光滑的絕緣水平細(xì)桿,一帶負(fù)電的小球b穿過(guò)桿在其左側(cè)較遠(yuǎn)處,小球a由于受到水平絕緣細(xì)線的拉力而靜止,如圖所示,現(xiàn)保持懸線與豎直方向的夾角為θ,并在較遠(yuǎn)處由靜止釋放小球b,讓其從遠(yuǎn)處沿桿向右移動(dòng)到a點(diǎn)的正下方,在此過(guò)程中( )
A.懸線Oa的拉力逐漸增大,水平細(xì)線的拉力逐漸減小
B.b球的加速度先增大后減小,速度始終增大
C.b球所受的庫(kù)侖力一直增大
D.b球所受的庫(kù)侖力先減小
6、后增大
解析: b球在較遠(yuǎn)處時(shí),所受庫(kù)侖力的水平分量近似為零,在a球正下方時(shí),庫(kù)侖力的水平分量為零,中間過(guò)程庫(kù)侖力的水平分量不為零,可知庫(kù)侖力的水平分量先增大,后減小,則水平細(xì)線的拉力先增大后減小,b球的加速度先增大后減小,b球所受庫(kù)侖力水平分量與運(yùn)動(dòng)方向始終相同,速度一直增大,A錯(cuò)誤,B正確。b球受到的庫(kù)侖力F=k,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,a、b兩球之間的距離一直在減小,則b球所受的庫(kù)侖力一直增大,C正確,D錯(cuò)誤。
答案: BC
7.
(2018·濟(jì)寧模擬)如圖所示,在光滑絕緣的水平地面上放置著四個(gè)可視為點(diǎn)電荷的帶電金屬小球,一個(gè)帶正電,放置于圓心,帶電荷量為Q;另外三個(gè)帶負(fù)電,帶電荷量均
7、為q,位于圓周上互成120°放置,四個(gè)小球均處于靜止?fàn)顟B(tài),則Q與q的比值為( )
A. B.
C.3 D.
解析: 以圓周上三個(gè)帶電小球中的一個(gè)為研究對(duì)象,如以左下角的一個(gè)點(diǎn)電荷為研究對(duì)象有:受到圓周上的另外兩個(gè)點(diǎn)電荷的庫(kù)侖斥力作用,同時(shí)受到圓心上的點(diǎn)電荷的庫(kù)侖引力作用,設(shè)圓的半徑為r,根據(jù)受力平衡得:
2×=k
根據(jù)幾何關(guān)系有L=r
所以解得:=,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。
答案: D
8.如圖,真空中xOy平面直角坐標(biāo)系上的ABC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
8、 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)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=k①
代入數(shù)據(jù)得F=9.0×10-3 N。②
(2)A、B點(diǎn)電荷在C點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等,均為
E1=k③
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軸正向。
答案: (1)9.0×10-3 N (2)7.8×103 N/C 方向沿y軸正向
◎能力提升練
9.(多選)
把a(bǔ)、b兩個(gè)完全相同的導(dǎo)體小球分別用長(zhǎng)為
9、l的絕緣細(xì)線拴接,小球質(zhì)量均為m。先讓a球帶上+q的電荷量并懸掛于O點(diǎn),如圖所示。現(xiàn)將不帶電的小球b也懸掛于O點(diǎn)(圖中未畫出),兩球接觸后由于靜電斥力分開(kāi),平衡時(shí)兩球相距l(xiāng)。已知重力加速度為g,靜電力常量為k,帶電小球可視為點(diǎn)電荷。關(guān)于a球所受的靜電力大小F及O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小E,下列判斷正確的是( )
A.F=mg B.F=mg
C.E= D.E=
解析: 對(duì)平衡時(shí)的a球受力分析如圖所示,由正交分解法可得FTsin 60°=mg,F(xiàn)Tcos 60°=F,聯(lián)立解得F=mg,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;兩小球接觸后電荷量會(huì)平分,則每個(gè)小球的電荷量都為+,由點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式可得Ea=Eb=k=,由平
10、行四邊形定則可得E=2Eαcos 30°=,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。
答案: AD
10.
(2018·山西省重點(diǎn)中學(xué)高三聯(lián)合考試)如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為-q的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))放置在質(zhì)量為M的光滑斜劈上,斜劈的傾角為θ=30°,斜劈固定在水平地面上,現(xiàn)在斜劈的底端C點(diǎn)豎直放置一絕緣桿,絕緣桿的頂端放置一帶電荷量為+Q的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))。已知斜劈的斜邊長(zhǎng)為L(zhǎng),絕緣桿的高度也為L(zhǎng),靜電力常量為k,現(xiàn)給滑塊一沿斜劈向下的初速度v,讓滑塊沿斜面下滑,若滑塊始終在斜面上運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法中正確的是( )
A.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滑塊所受庫(kù)侖力一直增大
B.滑塊受到的庫(kù)侖力最大值為
11、C.滑塊運(yùn)動(dòng)到斜面中點(diǎn)時(shí)速度最大
D.滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度大小為v
解析: 滑塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中與小球的距離先減小后增大,故所受庫(kù)侖力先增大后減小,當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到斜面的中點(diǎn)時(shí)所受庫(kù)侖力最大,此時(shí)F庫(kù)==,故A錯(cuò)誤,B正確。當(dāng)滑塊所受重力沿斜面向下的分力等于庫(kù)侖力沿斜面向上的分力時(shí),滑塊的速度最大,滑塊運(yùn)動(dòng)到斜面中點(diǎn)時(shí)加速度方向沿斜面向下,所以滑塊運(yùn)動(dòng)到斜面中點(diǎn)時(shí)速度不是最大,C錯(cuò)誤;滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中,根據(jù)對(duì)稱性,庫(kù)侖力對(duì)滑塊做的總功為零,由能量守恒可得mv2+mgL·sin θ=mv,故vC>v,D錯(cuò)誤。
答案: B
11.
(2018·泉州模擬)如圖所示,一根長(zhǎng)L=
12、1.5 m的光滑絕緣細(xì)直桿MN,豎直固定在場(chǎng)強(qiáng)為E=1.0×105 N/C、與水平方向成θ=30°角的傾斜向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。桿的下端M固定一個(gè)帶電小球A,電荷量Q=+4.5×10-6 C;另一帶電小球B穿在桿上可自由滑動(dòng),電荷量q=+1.0×10-6 C,質(zhì)量m=1.0×10-2 kg?,F(xiàn)將小球B從桿的上端N由靜止釋放。(靜電力常量k=9.0×109 N·m2/C2,g取10 m/s2)求:
(1)小球B開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度為多大?
(2)小球B的速度最大時(shí),距M端的高度h1為多大?
(3)小球B從N端運(yùn)動(dòng)到距M端的高度h2=0.61m時(shí),速度為v=1.0 m/s,求此過(guò)程中小球A對(duì)小球B
13、的庫(kù)侖力所做的功。
解析: (1)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)小球B受重力、庫(kù)侖力、桿的彈力和電場(chǎng)力,沿桿方向運(yùn)動(dòng),
將電場(chǎng)力沿桿的方向和垂直桿的方向分解,由牛頓第二定律得:mg-k-qEsin θ=ma
解得:a=g-k-
代入數(shù)據(jù)解得:a=3.2 m/s2。
(2)小球B向下運(yùn)動(dòng),受A對(duì)它的斥力增大,加速度減小,速度增大。
當(dāng)小球B速度最大時(shí)合力減為零,
即k+qEsin θ=mg,
解得:h1=
代入數(shù)據(jù)解得:h1=0.9 m。
(3)小球B從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到速度為v的過(guò)程中,設(shè)重力做功為W1,電場(chǎng)力做功為W2,庫(kù)侖力做功為W3,
根據(jù)動(dòng)能定理有:W1+W2+W3=mv2
W1=mg(L-h(huán)2),W2=-qE(L-h(huán)2)sin θ
解得:W3=mv2-mg(L-h(huán)2)+qE(L-h(huán)2)sin θ
代入數(shù)據(jù)解得:W3=-3.95×10-2 J
答案: (1)3.2 m/s2 (2)0.9 m (3)-3.95×10-2 J
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