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简答题

真空中有两个点电荷Q1、Q2,相距18cm,已知Q1是正电荷,其电量为1.8×10-12C,他们之间的引力大小为F=1.0×10-12N,求Q2的电量及带电性质.(已知静电力常量k=9.0×109N.m2/C2

正确答案

解:由库仑定律F=k

解得:Q2==C=1.1×10-11C;

由于两个电荷之间的作用力是引力,说明Q1与Q2是异种电荷,Q1带正电,所以Q2必带负电;

答:Q2所带的电量为1.1×10-11C,带负电.

解析

解:由库仑定律F=k

解得:Q2==C=1.1×10-11C;

由于两个电荷之间的作用力是引力,说明Q1与Q2是异种电荷,Q1带正电,所以Q2必带负电;

答:Q2所带的电量为1.1×10-11C,带负电.

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简答题

如图所示,一个固定的细环竖直放置,O为圆环的圆心,圆环的半径为R,圆环带有均匀分布+Q的电荷量,在细环的轴线上,与圆环的圆心O相距为R的P点处固定一个+q的点电荷,求+q的点电荷受到的库仑力的大小和方向.

正确答案

解:由对称性知Q电荷在p点场强在垂直于OP方向上的分量相互抵消,在OP方向上的合场强E===

库仑力大小F=qE=q,方向沿OP向右.

答:+q的点电荷受到的库仑力的大小q,方向沿OP向右.

解析

解:由对称性知Q电荷在p点场强在垂直于OP方向上的分量相互抵消,在OP方向上的合场强E===

库仑力大小F=qE=q,方向沿OP向右.

答:+q的点电荷受到的库仑力的大小q,方向沿OP向右.

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简答题

如图所示,在真空中有三个电荷量均为+4.0×10-12C的点电荷Q1、Q2、Q3,它们被固定在同一直线上,Q1、Q2相距0.1m,Q2、Q3相距0.2m.求:Q2受到的静电力大小和方向.(静电力常量k=9.0×109N•m2/C2

正确答案

解:根据库仑定律,则有Q1对Q2的库仑力,

F12==

Q3对Q2的库仑力,F32==N

根据各自电性,可知它们对Q2的库仑方向相同,即F2=F12-F32=1.1×10-11N

方向:在Q1、Q2的连线上,且指向Q2

答:作用在Q2电荷上的静电力的大小1.1×10-11N,和方向为在Q1、Q2的连线上,且指向Q2

解析

解:根据库仑定律,则有Q1对Q2的库仑力,

F12==

Q3对Q2的库仑力,F32==N

根据各自电性,可知它们对Q2的库仑方向相同,即F2=F12-F32=1.1×10-11N

方向:在Q1、Q2的连线上,且指向Q2

答:作用在Q2电荷上的静电力的大小1.1×10-11N,和方向为在Q1、Q2的连线上,且指向Q2

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简答题

真空中有两个点电荷,带等量同种正电荷,相距0.3m,它们间的静电力的大小为10-3N,求:

(1)每个点电荷所带电荷量是多少.

(2)每个电荷所带的电量是元电荷的多少倍.(已知k=9.0×109N•m2/C2

正确答案

解:(1)根据库仑定律,有:

得:q=

(2)n=倍 

答:(1)每个点电荷所带电荷量是10-7C.

(2)每个电荷所带的电量是元电荷的6.25×1011倍.

解析

解:(1)根据库仑定律,有:

得:q=

(2)n=倍 

答:(1)每个点电荷所带电荷量是10-7C.

(2)每个电荷所带的电量是元电荷的6.25×1011倍.

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简答题

在一条直线上从右向左的A、B、C三点分别分别放置QA=3×10-9C,QB=-4×10-9C,QC=3×10-9C的点电荷,已知AB间距是1cm,BC间距是2cm,静电力常量k=9×109N•m2/C2,求作用在A电荷上的作用力?

正确答案

解:在真空中有两个静止的点电荷A、B,QA=3×10-9C,QB=-4×10-9C,两电荷间距r=1cm,根据库仑定律,有:

FAB=k=9×109×=1.08×10-3 N,方向由A指向B;

同理,FAC==9×109×=9×10-5N,方向由C指向A;

根据矢量合成法则,则有作用在A电荷上的作用力F=FAB-FAC=1.08×10-3 N-9×10-5N=9.9×10-4N,

答:两点电荷之间的作用力大小为9.9×10-4N,方向由A指向C或向左.

解析

解:在真空中有两个静止的点电荷A、B,QA=3×10-9C,QB=-4×10-9C,两电荷间距r=1cm,根据库仑定律,有:

FAB=k=9×109×=1.08×10-3 N,方向由A指向B;

同理,FAC==9×109×=9×10-5N,方向由C指向A;

根据矢量合成法则,则有作用在A电荷上的作用力F=FAB-FAC=1.08×10-3 N-9×10-5N=9.9×10-4N,

答:两点电荷之间的作用力大小为9.9×10-4N,方向由A指向C或向左.

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简答题

如图,两质量均为m、电荷量分别为q、2q的带负电粒子A、B在同一圆周上绕位于圆心O点的点电荷+Q做顺时针方向、半径为R的匀速圆周运动,A、B所在半径间的夹角为α.不计彼此间的万有引力以及A、B间的库仑力.已知静电力常量为k.求:

(1)粒子A绕O点做圆周运动的动能;

(2)粒子B绕O点做圆周运动的周期;

(3)经过多少时间粒子A、B第一次相遇.

正确答案

解:(1)根据引力提供向心力,由牛顿第二定律,则有:

解得:EKA==

(2)根据引力提供向心力,则有:

解得:TB=2π;  

(3)同理,根据引力提供向心力,则有:TA=2π

由题意可知,B必须比A多绕(2π-α),才能追上A;

因此(2π-α)=(ωBA)•△t;

根据,可得:(2π-α)=()△t.

解得:△t=

答:(1)粒子A绕O点做圆周运动的动能

(2)粒子B绕O点做圆周运动的周期2π

(3)经过多少时间粒子A、B第一次相遇

解析

解:(1)根据引力提供向心力,由牛顿第二定律,则有:

解得:EKA==

(2)根据引力提供向心力,则有:

解得:TB=2π;  

(3)同理,根据引力提供向心力,则有:TA=2π

由题意可知,B必须比A多绕(2π-α),才能追上A;

因此(2π-α)=(ωBA)•△t;

根据,可得:(2π-α)=()△t.

解得:△t=

答:(1)粒子A绕O点做圆周运动的动能

(2)粒子B绕O点做圆周运动的周期2π

(3)经过多少时间粒子A、B第一次相遇

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简答题

真空中有两个点电荷,相距r=30cm,它们的电荷量分别是正的q1=2.0×10-9C和负的q2=4.0×10-9C,已知静电力常量k=9.0×109N•m2/C2,问:

(1)这两个电荷间的相互作用力是引力还是斥力?

(2)这两个电荷间的相互作用力多大?

(3)q1在q2所在处的场强多大?

正确答案

解:(1)因为这两个的电荷电性相反,因此它们之间库仑力为引力,

所以这两个电荷的相互作用力是引力.

(2)由库仑定律得:    

带入数据得:F=8×10-7N   

故这两个电荷间的相互作用力为:F=8×10-7N.            

(3)根据库伦定律知q2所受电场力为:  ①

依据电场强度的定义式:    ②

由①②得q1在q2所在处的场强为:

故q1在q2所在处的场强为:E=2×102 N/C.

解析

解:(1)因为这两个的电荷电性相反,因此它们之间库仑力为引力,

所以这两个电荷的相互作用力是引力.

(2)由库仑定律得:    

带入数据得:F=8×10-7N   

故这两个电荷间的相互作用力为:F=8×10-7N.            

(3)根据库伦定律知q2所受电场力为:  ①

依据电场强度的定义式:    ②

由①②得q1在q2所在处的场强为:

故q1在q2所在处的场强为:E=2×102 N/C.

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简答题

如图所示,真空中有两个静止点电荷,Q=+2×10-4C,q=-2×10-5C,它们相距r=2m,求:

(1)q受的电场力.

(2)q所在的B点的场强EB

(3)只将q换为q′=4×10-5C的正点电荷.再求q′受的电场力及B点的场强.

(4)将电荷q拿去后再求B点场强.

正确答案

解:(l)由库仑定律得

方向在A与B的连线上,且指向A.              

(2)由电场强度的定义:

所以N/C=4.5×105 N/C           

方向由A指向B.                               

(3)由库仑定律

方向由A指向B.                                

方向由A指向B.                                 

(4)因E与q无关,q=0也不会影响E的大小与方向,

所以拿走q后场强不变,还是4.5×105 N/C,方向由A指向B.     

答:(1)q受的电场力是9N,方向在A与B的连线上,且指向A..

(2)q所在的B点的场强是4.5×105 N/C,方向由A指向B.     

(3)只将q换为q′=4×10-5C的正点电荷.q′受的电场力是18N,方向由A指向B. 

B点的场强是4.5×105 N/C,方向由A指向B..

(4)将电荷q拿去后,B点场强是4.5×105 N/C,方向由A指向B.

解析

解:(l)由库仑定律得

方向在A与B的连线上,且指向A.              

(2)由电场强度的定义:

所以N/C=4.5×105 N/C           

方向由A指向B.                               

(3)由库仑定律

方向由A指向B.                                

方向由A指向B.                                 

(4)因E与q无关,q=0也不会影响E的大小与方向,

所以拿走q后场强不变,还是4.5×105 N/C,方向由A指向B.     

答:(1)q受的电场力是9N,方向在A与B的连线上,且指向A..

(2)q所在的B点的场强是4.5×105 N/C,方向由A指向B.     

(3)只将q换为q′=4×10-5C的正点电荷.q′受的电场力是18N,方向由A指向B. 

B点的场强是4.5×105 N/C,方向由A指向B..

(4)将电荷q拿去后,B点场强是4.5×105 N/C,方向由A指向B.

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真空中有两个相距0.5m、带电量相等的点电荷,它们间的静电力的大小为10-6N,求每个点电荷所带电荷量是多少?是元电荷的多少倍?

正确答案

解:根据库仑定律可得:

F=k

所以:q===5.2×10-9C,

点电荷所带电荷量是元电荷的倍数为:

n===3.25×1010

答:每个点电荷所带电荷量是5.2×10-9C,是元电荷的3.25×1010倍.

解析

解:根据库仑定律可得:

F=k

所以:q===5.2×10-9C,

点电荷所带电荷量是元电荷的倍数为:

n===3.25×1010

答:每个点电荷所带电荷量是5.2×10-9C,是元电荷的3.25×1010倍.

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简答题

将氢原子中电子的运动看作是绕固定的氢核做匀速圆周运动,已知电子的电量为e,质量为m.

(1)若以相距氢核无穷远处为零势能参考位置,则电子运动的轨道半径为r时,原子的能量E=Ek+Ep=-,其中k为静电力恒量,试证明氢原子核在距核r处的电势Ur=k

(2)在研究电子绕核运动的磁效应时,可将电子的运动等效为一个环形电流.现对一氢原子加上一外磁场,其磁感应强度大小为B,方向垂直电子的轨道平面,这时电子运动的等效电流用I1表示,将外磁场反向,但磁感应强度大小为B,这时电子运动的等效电流用I2表示,假设上述两种情况下氢核的位置,电子运动的轨道平面及轨道半径都不变,求外磁场反向前后电子运动的等效电流的差值,即|I1-I2|等于多少?

正确答案

解:(1)电子绕核做匀速圆周运动有  =m  

电子的动能 Ek=mv2 

原子的能量 E=Ek+Ep=- 

联立求解得 氢原子核r处的电势能

Ep=--=- 

又因为 Ur=  

所以   Ur=k

(2)设电子绕核运动的轨道半径为r,运动的速度为v,等效电流 I==

加磁场后,若设电子的运动速度为v1,磁场反向后,电子的运动速率为v2

则有  +ev1B=m     

       -ev2B=m 

联立求解得  v1-v2=

所以|I1-I2|=|v1-v2|=  

答:(1)证明如上.

(2)外磁场反向前后电子运动的等效电流的差值,|I1-I2|等于

解析

解:(1)电子绕核做匀速圆周运动有  =m  

电子的动能 Ek=mv2 

原子的能量 E=Ek+Ep=- 

联立求解得 氢原子核r处的电势能

Ep=--=- 

又因为 Ur=  

所以   Ur=k

(2)设电子绕核运动的轨道半径为r,运动的速度为v,等效电流 I==

加磁场后,若设电子的运动速度为v1,磁场反向后,电子的运动速率为v2

则有  +ev1B=m     

       -ev2B=m 

联立求解得  v1-v2=

所以|I1-I2|=|v1-v2|=  

答:(1)证明如上.

(2)外磁场反向前后电子运动的等效电流的差值,|I1-I2|等于

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