- 电荷:库仑定律
- 共6262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.
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.
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.
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.
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.
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)=(ωB-ωA)•△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)=(ωB-ωA)•△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.
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.
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.
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.
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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