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简答题

如图所示,在一条直线上有两个相距0.4m的点电荷A、B,A带电荷量+Q,B带电荷量-9Q.现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷处于平衡状态,问:C应带什么性质的电荷?应放于何处?所带电荷量为多少?

正确答案

解:A、B、C三个电荷要平衡,必须三个电荷的一条直线,外侧二个电荷相互排斥,中间电荷吸引外侧两个电荷,所以外侧两个电荷距离大,要平衡中间电荷的拉力,必须外侧电荷电量大,中间电荷电量小,所以C必须为负电,在A的左侧.

设C所在位置与A的距离为r,则C所在位置与B的距离为L+r,要能处于平衡状态,

所以A对C的电场力大小等于B对C的电场力大小,设C的电量为q.则有:=

解得:r=0.2m.

对点电荷A,其受力也平衡,则=

解得:q=Q.

答:C带负电,放在A的左边0.2m处,带电荷量为-Q.

解析

解:A、B、C三个电荷要平衡,必须三个电荷的一条直线,外侧二个电荷相互排斥,中间电荷吸引外侧两个电荷,所以外侧两个电荷距离大,要平衡中间电荷的拉力,必须外侧电荷电量大,中间电荷电量小,所以C必须为负电,在A的左侧.

设C所在位置与A的距离为r,则C所在位置与B的距离为L+r,要能处于平衡状态,

所以A对C的电场力大小等于B对C的电场力大小,设C的电量为q.则有:=

解得:r=0.2m.

对点电荷A,其受力也平衡,则=

解得:q=Q.

答:C带负电,放在A的左边0.2m处,带电荷量为-Q.

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简答题

如图所示,A、B为体积可忽略的带电小球,QA=2×10-8C,QB=-2×10-8C,A、B相距3cm.在水平外电场作用下,A、B保持静止,悬线都沿竖直方向.

试求:(1)A与B之间的相互吸引力有多大?

(2)外电场的场强大小和方向?

正确答案

解:(1)根据库伦定律得:F==4×10-3N

(2)由题意可知A球受力平衡,水平方向合外力等于零,B对A的作用力向右,所以要加一个水平向左的电场,且

EQA=

代入数据解得:E=2×105N/C

答:(1)A与B之间的相互吸引力为4×10-3N;(2)外电场的场强大小为2×105N/C,方向水平向左.

解析

解:(1)根据库伦定律得:F==4×10-3N

(2)由题意可知A球受力平衡,水平方向合外力等于零,B对A的作用力向右,所以要加一个水平向左的电场,且

EQA=

代入数据解得:E=2×105N/C

答:(1)A与B之间的相互吸引力为4×10-3N;(2)外电场的场强大小为2×105N/C,方向水平向左.

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简答题

如图所示,带电量分别为4q和-q的小球A、B固定在水平放置的光滑绝缘细杆上,相距为d.若杆上套一带电小环C,带电体A、B和C均可视为点电荷.

(1)求小环C的平衡位置.

(2)若小环C带电量为q,将小环拉离平衡位置一小位移x(|x|≪d)后静止释放,试判断小环C能否回到平衡位置.(回答“能”或“不能”即可)

(3)若小环C带电量为-q,将小环拉离平衡位置一小位移x(|x|≪d)后静止释放,试证明小环C将作简谐运动.

(提示:当α≪1时,则 

正确答案

解析:(1)对C进行受力分析,根据共点力平衡条件得两个力大小相等方向相反

所以小环C的平衡位置应该在AB连线的延长线上,

设C在AB连线的延长线上距离B为l处达到平衡,带电量为Q

由库仑定律得:F=

有平衡条件得:Fc==0

解得:l1=-d(舍去);l2=d

所以平衡位置为:l=d

(2)不能,若小环C带电量为q,将小环拉离平衡位置一小位移x(|x|<<d)后静止释放,由于q受的电场力合力背离平衡位置,所以q将由静止开始背离平衡位置做加速运动,不可能回到平衡位置.

(3)环C带电-q,平衡位置不变,拉离平衡位置一小位移x后,C受力为:

Fc=+

利用近似关系化简得:Fc=-

所以小环C将做简谐运动.

答:(1)C的平衡位置在B右侧l=d处 

(2)不能回到平衡位置  

(3)Fc=-,小环C将做简谐运动.

解析

解析:(1)对C进行受力分析,根据共点力平衡条件得两个力大小相等方向相反

所以小环C的平衡位置应该在AB连线的延长线上,

设C在AB连线的延长线上距离B为l处达到平衡,带电量为Q

由库仑定律得:F=

有平衡条件得:Fc==0

解得:l1=-d(舍去);l2=d

所以平衡位置为:l=d

(2)不能,若小环C带电量为q,将小环拉离平衡位置一小位移x(|x|<<d)后静止释放,由于q受的电场力合力背离平衡位置,所以q将由静止开始背离平衡位置做加速运动,不可能回到平衡位置.

(3)环C带电-q,平衡位置不变,拉离平衡位置一小位移x后,C受力为:

Fc=+

利用近似关系化简得:Fc=-

所以小环C将做简谐运动.

答:(1)C的平衡位置在B右侧l=d处 

(2)不能回到平衡位置  

(3)Fc=-,小环C将做简谐运动.

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简答题

如图所示,绝缘水平面上锁定着两个质量均为m,电荷量分别为+9q、+q,体积很小的物体A和B,他们与平面间的动摩擦因数均为μ.已知静电力常量为k.如果使它们从相距很近但未接触开始由静止释放,则当加速度为零时,它们相距的距离为多少?

正确答案

解:分析两个物体的运动情况:解锁后,开始阶段,库仑力大于摩擦力,两个物体做加速运动,后来库仑力小于摩擦力,两个物体做减速运动,则知当两个物体所受的库仑力与摩擦力大小相等时,速度最大,则动能最大.则有:

k=μmg,

解得,x=3q

答:当加速度为零时,它们相距的距离为3q

解析

解:分析两个物体的运动情况:解锁后,开始阶段,库仑力大于摩擦力,两个物体做加速运动,后来库仑力小于摩擦力,两个物体做减速运动,则知当两个物体所受的库仑力与摩擦力大小相等时,速度最大,则动能最大.则有:

k=μmg,

解得,x=3q

答:当加速度为零时,它们相距的距离为3q

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简答题

长为L的水平绝缘轻杆可以绕中点处的光滑转轴O自由转动,在轻杆左右端各固定一个不计质量的带电小球,A带正电,电量大小为2q,B带负电,电量大小为q.现在B的正上方L处固定一个带正电的点电荷C,电量大小为q.为了使轻杆保持水平静止,在O点右侧L处悬挂了一个物体.试问:

(1)则所挂物体质量m为多少?(静电力恒量用k表示)

(2)若A小球带电为-2q,计算悬挂物的质量m为多少?

(3)若B小球带电为+q,则该装置是否能平衡?为什么?

正确答案

解:(1)由几何关系可知,AC距离为2L,∠CAB=30°,

C对A的库仑斥力

C对B的库仑引力

根据力矩平衡的条件,得

解得:m=

(2)若A小球带电为-2q,C对A为库仑引力.

根据力矩平衡得:

解得:m=

(3)若B小球带电为+q,C对B为库仑斥力

C对B的力矩

C对A因为库仑斥力,力矩为

C对B的力矩大于C对A的力矩,即使不挂重物,就已不能平衡了.故该装置肯定不能平衡.

答:(1)则所挂物体质量m为

(2)若A小球带电为-2q,计算悬挂物的质量m为

(3)若B小球带电为+q,则该装置是不能平衡.

解析

解:(1)由几何关系可知,AC距离为2L,∠CAB=30°,

C对A的库仑斥力

C对B的库仑引力

根据力矩平衡的条件,得

解得:m=

(2)若A小球带电为-2q,C对A为库仑引力.

根据力矩平衡得:

解得:m=

(3)若B小球带电为+q,C对B为库仑斥力

C对B的力矩

C对A因为库仑斥力,力矩为

C对B的力矩大于C对A的力矩,即使不挂重物,就已不能平衡了.故该装置肯定不能平衡.

答:(1)则所挂物体质量m为

(2)若A小球带电为-2q,计算悬挂物的质量m为

(3)若B小球带电为+q,则该装置是不能平衡.

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简答题

一带电荷量为+Q、半径为R的球,电荷在其内部能均匀分布且保持不变,现在其内部挖去一半径为的小球后,如图所示,求剩余部分对放在两球心连线上一点P处电荷量为+q的电荷的静电力.已知P距大球球心距离为4R.

正确答案

解:没有挖去之前,+Q对+q的斥力为:F=

 挖去的小球带电量为:Q′==

挖去的小球原来对+q的斥力为:F1=

剩余部分对+q的斥力为:F2=F-F1=,方向向右;

答:剩余部分对放在两球心连线上一点P处电荷量为+q的电荷的静电力,方向向右.

解析

解:没有挖去之前,+Q对+q的斥力为:F=

 挖去的小球带电量为:Q′==

挖去的小球原来对+q的斥力为:F1=

剩余部分对+q的斥力为:F2=F-F1=,方向向右;

答:剩余部分对放在两球心连线上一点P处电荷量为+q的电荷的静电力,方向向右.

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简答题

(2015秋•宁夏校级期中)如图所示,两个可视为质点的金属小球A、B质量都是m、带正电电荷量都是q,连接小球的绝缘细线长度都是l,静电力常量为k,重力加速度为g.则连结A、B的细线中的张力为多大?连结O、A的细线中的张力为多大?

正确答案

解:以AB组成的整体为研究对象,因为AB两球之间的库伦力属于内力,所以可以讲AB看成一个整体,则整体受到重力和绳子的拉力作用处于平衡状态,所以TOA=2mg;

以B为研究对象,B受到竖直向下的重力,以及竖直向下的库仑力,还有绳子竖直向上的拉力,所以:TAB=mg+

答:连结A、B的细线中的张力为mg+;连结O、A的细线中的张力为2mg.

解析

解:以AB组成的整体为研究对象,因为AB两球之间的库伦力属于内力,所以可以讲AB看成一个整体,则整体受到重力和绳子的拉力作用处于平衡状态,所以TOA=2mg;

以B为研究对象,B受到竖直向下的重力,以及竖直向下的库仑力,还有绳子竖直向上的拉力,所以:TAB=mg+

答:连结A、B的细线中的张力为mg+;连结O、A的细线中的张力为2mg.

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简答题

真空中有两个完全相同的带电小球A和B,相距r=0.5m,分别带有+4.0×10-5C和-2.0×10-5C的电荷,静电力恒量为k=9×109Nm2/C2.求:两电荷之间的静电力的大小和方向.

正确答案

解:(1)根据库仑定律,乙球受到甲球的静电力大小为:

F=F=k=9×109×=28.8N

异种电荷相互吸引,两电荷之间的静电力的方向互相指向对方;

答:两电荷之间的静电力的大小为28.8N,而方向即为互相指向对方.

解析

解:(1)根据库仑定律,乙球受到甲球的静电力大小为:

F=F=k=9×109×=28.8N

异种电荷相互吸引,两电荷之间的静电力的方向互相指向对方;

答:两电荷之间的静电力的大小为28.8N,而方向即为互相指向对方.

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简答题

真空中有两个完全相同的金属小球,A球带qA=6.4×10-16 C的正电荷,B球带qB=-3.2×10-16 C的负电荷,均可视为点电荷.求:

(1)当它们相距为0.5m时,A、B间的库仑力为多大;

(2)若将两球接触后再分别放回原处,A、B间的库仑力又为多大.

正确答案

解:(1)根据库仑定律,AB间的库仑力为==7.4×10-21N.

(2)当AB接触后,带电量均变为,故此时的库仑力为==9.2×10-22N.

答:(1)当它们相距为0.5m时,A、B间的库仑力为7.4×10-21N;(2)若将两球接触后再分别放回原处,A、B间的库仑力为9.2×10-22N.

解析

解:(1)根据库仑定律,AB间的库仑力为==7.4×10-21N.

(2)当AB接触后,带电量均变为,故此时的库仑力为==9.2×10-22N.

答:(1)当它们相距为0.5m时,A、B间的库仑力为7.4×10-21N;(2)若将两球接触后再分别放回原处,A、B间的库仑力为9.2×10-22N.

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简答题

某研究性学习小组在探究电荷间的相互作用与哪些因素有关时,设计了以下实验:

(1)该组同学首先将一个带正电的球体A固定在水平绝缘支座上.把系在绝缘细线上的带正电的小球B(图中未画出)先后挂在图中P1、P2、P3位置,比较小球在不同位置所受带电体的作用力的大小.同学们根据力学知识分析得出细线偏离竖直方向的角度越小,小球B所受带电球体A的作用力______(填“越大”或“越小”或“不变”),实验发现小球B在位置______细线偏离竖直方向的角度最大(填“P1或P2或P3”)

(2)接着该组同学使小球处于同一位置,增大或减少小球A所带的电荷量,比较小球所受作用力大小的变化.如图2,悬挂在P1点的不可伸长的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球B.在两次实验中,均缓慢移动另一带同种电荷的小球A.当A球到达悬点P1的正下方并与B在同一水平线上B处于受力平衡时,悬线偏离竖直方向角度为θ.若两次实验中A的电量分别为q1和q2,θ分别为30°和45°,则______

A.2    B.3    C.2    D.3

正确答案

解:(1)小球远离带正电的A球,说明细线悬挂的小球带正电,悬挂的小球离带正电的A球越远,受到的作用力越小,同种电荷越近排斥作用越强,所以,电荷之间的相互作用跟距离有关.

(2)A球电量不变,设为q0.两种情况下A球均受三个力作用下平衡.

库仑力为:F=k

A球质量设为m,对A球应用共点力平衡条件得:F=k=mgtanθ,

两球之间的距离为:r=Lsinθ,

其中L为线长,r为两球球心之间的距离.

由以上两式得到:q=tanθsin2θ

所以:==2.故C正确、ABD错误.

故选:C

故答案为:(1)越小,P1;(2)C.

解析

解:(1)小球远离带正电的A球,说明细线悬挂的小球带正电,悬挂的小球离带正电的A球越远,受到的作用力越小,同种电荷越近排斥作用越强,所以,电荷之间的相互作用跟距离有关.

(2)A球电量不变,设为q0.两种情况下A球均受三个力作用下平衡.

库仑力为:F=k

A球质量设为m,对A球应用共点力平衡条件得:F=k=mgtanθ,

两球之间的距离为:r=Lsinθ,

其中L为线长,r为两球球心之间的距离.

由以上两式得到:q=tanθsin2θ

所以:==2.故C正确、ABD错误.

故选:C

故答案为:(1)越小,P1;(2)C.

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