- 电场:电流
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一个很小的小球带有电量Q,在距离球心30cm处的A点放了一个试探电荷q=-1×10-10C,q 受到的电场力为1×10-8N,方向指向球心.求:
(1)A点的场强的大小和方向
(2)如果从A点取走q,A点场强大小和方向
(3)把放在离球心60cm处的B点,所受的电场力等于多少?
(4)带电小球的电量Q是正的还是负的?等于多少?
正确答案
(1)A点的场强的大小E==
N/C=100N/C,方向:球心→A.
(2)如果从A点取走q,A点场强大小和方向都不变,E=100N/C,方向从球心→A.
(3)根据库仑定律得
试探电荷放在A点时:F=
试探电荷放在B点时:F′=
由题,r′=2r,则得到,F′=F=2.5×10-9N;
(4)根据E=k得,Q=
代入解得,Q=1.0×10-9C,带正电.
答:(1)A点的场强的大小为100N/C,方向:球心→A.
(2)A点的场强的大小俀为100N/C,方向:球心→A.
(3)F=2.5×10-9 N;
(4)Q带正电,Q=1.0×10-9 C.
在匀强电场中有A、B、C三点,位置关系如图所示,其中AB=8cm.己知电场线与A、B、C三点所在的平面平行.若将带电荷量为-2×1O-8C的点电荷从A移到B,电场力不做功;而把该电荷从A移到C,电场力做功为4×10-7J.
(1)画出通过A、B、C三点的电场线;
(2)求该匀强电场的电场强度.
正确答案
(1)由电场力做功的特点可知,ab两点电势相等,故ab应为等势面;
因电场线与等势面相互垂直,故过c做ab的垂线,一定是电场线;
因从a到c由W=Uq可知,ac两点的电势差为:U==-20
V;
即c点电势高于a点的电势,故电场线垂直于直线ab向右.
(2)由E=可知电场强度为:E=
=
=500
V/m
答:(1)如上图
(2)该匀强电场的电场强度是500V/m.
如图所示,一带电小球的质量m=2×10-4kg,用长为L=0.8m的细线悬挂在水平方向的匀强电场中O点,场强E=3×104N/C,当细线与竖直方向夹角为θ=37°时,摆球恰好静止在A点.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
求(1)小球带什么电?电量是多少?
(2)某时刻将细线剪断,带电小球将沿什么方向怎么样运动?
(3)若把小球由竖直方向的P点静止释放,到达A位置时,电场力做功是多少?
正确答案
(1)对小球进行受力分析,
由电场力的方向可确定小球带正电,且电量为
q==
=
C=5×10-8C
(2)若细线剪断,则小球沿着重力与电场力的合力方向运动,做匀加速直线运动.
则小球将沿着细线的反方向以加速度为g做匀加速直线运动,
(3)若把小球由竖直方向的P点静止释放,到达A位置时,电场力做功为:
W=FS=mgtan37°Lsin37°=2×10-4×10×0.75×0.8×0.6W=7.2×10-4W.
如图所示,一束带负电荷e,质量为m的电子流,平行于x轴以速度v0射入第Ⅰ象限区域,为使这束电子能经过x轴上的b点,可在第Ⅰ象限某区域加一个正y方向的 匀强电场,场强大小为E,其范围沿y方向无限大,沿x轴方向宽度为s,已知oa=L,ob=2s.求电场右边界线跟b点的距离.
正确答案
电子在电场中的轨迹是一条抛物线,而且一定经过b点,要考虑b点可能在电场中,也可能在电场外,所以会出现几种可能的情况,无论电子在电场中
沿-y方向的偏移量总可以用下式表示:y0=t2①
第一种情况:如果恰好y0=L,则电场的右边界恰好在b点,
左边界在ob的中点,t=,将①式 的y0以L代入,L=
所以电场右边界线跟b点的距离为零.
第二种情况:如果b点在电场内电场右边界跑到b点的右方,
则s>x,L<y0,t=<
,因为L=
=
所以x=v0
结论:电场的左边界位于b点左方v0处,右边界距b点为向右(s-v0
)处
第三种情况:整个电场都在b的左方,
一定有y0=<L,
注意到=
=
,
可求得x=(L-y0)=
(L-
)
可见电场的右边界在b点左方(L-
)远处
答:电场右边界线跟b点的距离可能值是:零或b点左方v0处或b点左方
(L-
)远处.
(1)小球到达B点时的加速度;
(2)小球到达C点时对圆环的压力;
(3)通过进一步计算说明这种物理模型存在的问题及形成原因.
正确答案
(1) (2分)
(1分)
(2分)
(1分)
方向斜向右下方,与竖直方向夹角为(1分)
(2)(2分)
(1分)
(2分)
(1分)
由牛顿第三定律,小球对圆环的压力为,方向向下 (1分)
(3)进一步计算发现小球第一次回到A点时动能为
,这与静电力做功与路径无关矛盾,出现问题的原因是:这种方向是平行直线但大小不等的电场是不存在的(5分)
空间存在电场,在x轴上A点处,放一个电荷量大小为2.0×10-6C的负点电荷q1,q1受到的电场力F1=1.4×10-2N,沿+x方向.
(1)求A点处的电场强度
(2)若在A处换一个电荷量大小为3.0×10-6C的正点电荷q2,求q2受的电场力F2.
正确答案
(1)由E=
得EA==
N/C=7000N/C
方向沿-x
(2)由E=
得F2=q2EA=3.0×10-6×7000N=2.1×10-2N^
F2方向沿-x
答:(1)则A点处的电场强度的大小7000N/C,方向沿-x;
(2)若在A处换一个电荷量大小为3.0×10-6C的正点电荷q2,则q2受的电场力F2为2.1×10-2N,F2方向沿-x.
在真空中O点放一个点电荷Q=+1.0×10-9C,直线MN通O点,OM的距离r=30cm,M点放一个点电荷q=-1.0×10-10C,如图所示,求:
(1)q在M点受到的作用力;
(2)M点的场强;
(3)拿走q后M点的场强;
(4)M、N两点的场强哪点大?
正确答案
如图所示,两极板沿水平方向放置,它们之间是匀强电场.一个电荷量q=+1.0×10-8C的点电荷,在电场中的A点所受电场力F=2.0×10-4N.求:
(1)A点电场强度E的大小;
(2)请在图中画出该点电荷所受电场力F的方向.
正确答案
(1)根据电场强度定义式 E=
代入数据解得 E=2.0×104N/C
(2)点电荷在A点所受电场力的方向如答图所示
如图所示,已知平行板电容器两级板间距离d=4毫米,充电后两级电势差为120伏.若它的电容为3微法,且P到A板距离为1毫米.求:
(1)每一板带电量:
(2)一个电子在P点具有的电势能;
(3)一个电子从B板出发到A板获得的动能;
(4)两板间的电场强度:
正确答案
(1)根据电容的定义式,有
Q=CU=3×10-6×120=3.6×10-4C
即每一板带电量均为3.6×10-4C.
(2)场强为:E==
=3×104V/m
故P点的电势能为:Ep=Wpo=qEdpo=-1e×3×104V/m×0.002m=-90eV=-1.44×10-17J
即电子在P点的电势能为-90eV.
(3)对电子从P到A过程运用动能定理,得到
Ek=-eUBA=120eV=1.92×10-17J
即电子从B板出发到A板获得的动能为120eV.
(4)根据电压与场强的关系式U=Ed,有
E==
=3×104V/m
即两板间的电场强度为3×104V/m.
如图所示,A、B、C为一等边三角形的三个顶点,某匀强电场的电场线平行于该三角形平面,现将电荷量为10-8C的正点电荷从A点移到B点,电场力做功为3×l0-6J,将另一电荷量为10-8C的负点电荷从A点移到C点,克服电场力做功3×10-6J.
(1)求电场线的方向及UAB、UAC、UBC的值;
(2)若AB边长为2cm,求电场强度的大小.
正确答案
一个电荷量为-4μC的点电荷,受到竖直向下的电场力的作用,电场力的大小为0.16N,求该点电荷所在位置的电场强度的大小和方向.
正确答案
根据E=,可知E=
N/C=4×104N/C
所以电场中该点电荷电场强度为4×104N/C,方向与该点电荷受到的电场力方向相反,即为竖直向上.
答:该点电荷所在位置的电场强度的大小为4×104N/C,方向与该点电荷受到的电场力方向相反,即为竖直向上.
(附加题)氢原子基态的轨道半径为0.53×10-10m,基态能量为-13.6eV,将该原子置于静电场中使其电离,静电场场强大小至少为多少?静电场提供的能量至少为多少?
正确答案
该原子置于静电场中使其电离,其临界状态是电场力等于库仑引力.
eE=k
E=k=5×1011V/m
要使处于n=1的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第1能级跃迁到无限远处.
E∝-E1=0-(-13.6)eV=13.6Ev=2.2×10-18J
答:静电场场强大小至少为5×1011V/m,静电场提供的能量至少为2.2×10-18J
如图所示,为一簇平行线为未知方向的匀强电场的电场线,沿与此平行线成60°角的方向,有1μC的负电荷从 A点沿虚线运动到B点,电场力 做功为2μJ,A、B间距为2cm 求
(1)匀强电场的场强的大小
(2)电荷的质量为多少?(g取10m/s2 )
正确答案
(1)如题中图,
AB两点沿电场方向的距离为d=•cos60°=1×10-2
又∵UAB==
V=-2V
则E==200V/m
由于电场力做正功,电场力应沿A→C方向,而电荷带负电,场强方向为C→A方向,如上图.
(2)如图所示,电场力与重力的合力沿水平方向,
由平行四边形定则可得:mg=qEsin60°
所以m==
kg=
×10-5kg
答:(1)匀强电场的场强的大小200v/m
(2)电荷的质量为×10-5kg.
(1)小球到达B点的速度大小;
(2)小球受到的电场力的大小和方向;
(3)小球经过管口C处时对圆管壁的压力。
正确答案
(1)(2)
小球所受电场力方向与水平方向间的夹角
(3)
,方向水平向右
(1)小球从开始自由下落到到达管口B的过程中机械能守恒,故有:
(2分) 到达B点时速度大小为
(1分)
(2) 设电场力的竖直分力为Fy、,水平分力为Fx,则Fy=mg(方向竖直向上)。小球从B运动到C的过程中,由动能定理得:
(2分)
小球从管口C处脱离圆管后,做类平抛运动,由于其轨迹经过A点,有
(2分)
(2分)
联立解得: Fx=mg (1分)
电场力的大小为: (1分)
设电场力的合力方向与水平方向成角,则 (1分)
小球所受电场力方向与水平方向间的夹角 (1分)
(3)小球经过管口C处时,向心力由Fx和圆管的弹力N提供,设弹力N的方向向左,则
(2分)
解得:N=3mg(方向向左) (2分)
根据牛顿第三定律可知, ,方向水平向右 (2分)
在如图所示的电场中,A点的电场强度E=1.0×104N/C.将电荷量q=+1.0×10-8C的点电荷放在电场中的A点.
(1)求该点电荷在A点所受电场力F的大小;
(2)在图中画出该点电荷在A点所受电场力F的方向.
正确答案
(1)点电荷在A点所受电场力的大小
F=qE=1.0×10-8×1.0×104 N=1.0×10-4 N
(2)正电荷在电场中 受力的方向与电场线的方向相同,所以点电荷在A点所受电场力的方向如图所示:
答:(1)求该点电荷在A点所受电场力F的大小1.0×10-4N;
(2)如图所示.
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