- 电场:电流
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电场中某区域的电场线如图所示,A、B是电场中的两点.一个电荷量q=+4.0×10-8 C的点电荷在A点所受电场力FA=2.0×10-4 N,将该点电荷从A点移到B点,电场力做功W=8.0×10-7J.求:
(1)A点电场强度的大小EA.
(2)A、B两点间的电势差U.
正确答案
(1)EA==
N/C=5×103N/C
(2)U==
V=20V
答:(1)A点电场强度的大小EA为5×103N/C.
(2)A、B两点间的电势差U为20V.
如图所示,在竖直向下,场强为E的匀强电场中,长为l的绝缘轻杆可绕固定轴O在竖直面内无摩擦转动,两个小球A、B固定于杆的两端,A、B的质量分别为m1和m2(m1<m2),A带负电,电量为q1,B带正电,电量为q2.杆从静止开始由水平位置转到竖直位置,求:
(1)在此过程中电场力所做的功为多少?
(2)在竖直位置处两球的总动能为多少?
若将轻杆弯折成如图所示的“Γ”形,两边互相垂直、长度均为,两端各固定一个金属小球A、B,在竖直向下,场强为E的匀强电场中,可绕过O点的水平轴在竖直平面内无摩擦转动.已知A球质量m1=m,电量为+q,B球质量m2=7m/2,B球也带负电,电量为-q.现将“Γ”形杆从OB位于水平位置由静止释放,求:
(3)OB杆能转过的最大角度为127°,则该电场强度的大小为多少?
(4)当两球的速度达到最大时,OB杆转过的角度为多大?
正确答案
(1)因为杆及AB受力的合力矩为顺时针,所以系统沿顺时针转动到竖直位置,电场力对A和B都做正功,电场力对A、B做总功为:
WE=q2E×+q1E×
=
(q1+q2)EL,
(2)在此过程中重力对A做正功,对B做负功,WG=m2g×-m1g×
=
(m2-m1)gL,
设两球总动能为Ek,由用动能定理得:
Ek-0=WE+WG=(q1E+q2E+m2g-m1g)L,
(3)从OB位于水平位置由静止释放到OB杆能转过的角度为127°,根据动能定理列出等式
3.5mg×0.8×L-mg×1.6×
L-qE×0.8×
L-qE×1.6×
L=0-0=0
解得:E=
(4)速度达到最大时力矩平衡,设转过的角度为θ,根据力矩平衡方程得
(qE+mg)sinθ=(3.5mg-qE)cosθ,
解得tanθ=2,即OB杆转过的角度的正切值是2.
答:(1)在此过程中电场力所做的功为(q1+q2)EL
(2)在竖直位置处两球的总动能为(q1E+q2E+m2g-m1g)L,
(3)OB杆能转过的最大角度为127°,则该电场强度的大小为
(4)OB杆转过的角度的正切值是2.
如图,在直角坐标系xOy内,有一个质量为m,电荷量为+q的电荷从原点O沿x轴正方向以初速度为v0射出,电荷重力不计.现要求该电荷能通过点P(a,-b),试设计在电荷运动的空间范围内加上某种“场”后并运用物理知识求解的一种简单、常规的方案.说明电荷由O到P的运动性质并在图中绘出电荷运动的轨迹;要有必要的运算说明你设计的方案中相关的物理量的表达式(用题设已知条件和有关常数表示)
正确答案
在空间中加一个沿y轴负方向的匀强电场;如图.
x=a=v0t;
y=b=•
t2
由上得:E=
故所加的匀强电场的电场强度大小为E=,方向沿y轴负方向.
用30cm的细线将质量为4.0×10-3kg的带正电小球P(带电量为3.0×10-6C)悬挂在O点下,当空中有水平方向匀强电场时(图中未画),小球偏转37°后处在静止状态,如图所示,试求:
(1)匀强电场的大小和方向;
(2)细线的拉力。(已知g取10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80)
正确答案
解:(1)小球受力如图,因带正电,所以场强方向为水平向右
小球受力平衡,在水平方向:
代人得:E=1.0×104N/C
(2)由受力图可知:
代人得:F=5.0×10-2N
用30 cm的细线将质量为4×10-3 kg的带电小球P悬挂起来,当空中有方向为水平向右,大小为1×104 N/C的匀强电场时,小球偏转37°后处在静止状态。求:
(1)分析小球的带电性质;
(2)求细线的拉力;
(3)小球的带电量。
正确答案
解:(1)因受电场力方向与场强同向,所以该小球带正电
(2),
(3),
真空中有一个电场,电场线如图所示。在这个电场中的A点放入电量为5.0×10-9 C的点电荷,它受到的电场力为3.0×10-4 N。
(1)画出A点电场强度的方向;
(2)求出A点电场强度的大小;
(3)若把该点电荷从电场中移走,则A点电场强度是多大。
正确答案
解:(1)沿A点切线方向
(2)电场强度E==
=6×104N/C
(3)移走点电荷,A点的电场强度不变仍为6×104N/C
图中A、B、C三点都在匀强电场中,已知AC⊥BC,∠ABC=60°,BC=20cm,把一个电量q=10-5C的正电荷从A移到B,电场力做功为零;从B移到C,克服电场力做功为1.73×10-3J,则该匀强电场的场强大小为多少?并请在图中画出电场强度的方向.
正确答案
由题,q=10-5 C的正电荷从A移到B,电场力做功为零,则A与B电势相等,AB连线是一条等势线.BC间电势差为UBC==
=-173
V
该匀强电场的场强大小:E==
V/m=1000V/m
电场线方向垂直于AB向下.如图.
答:匀强电场的场强大小为1000V/m,电场线如图.
如图所示,匀强电场的电场线与AC平行,把电量大小为10-8C的点电荷q从A点移到电势为UB=1V的B点,克服电场力做功6×10-8J,已知AB=AC=6cm,AB与AC成60°角.求:
(1)点电荷q的电性;
(2)A、B两点间的电势差UAB和A点的电势UA;
(3)匀强电场的电场强度E;
(4)该点电荷q在C点时具有的电势能εC.
正确答案
(1)电荷从A到B,电场力做负功,根据电场强度方向可知,电荷带正电;
(2)由于粒子带正电,则A、B两点间的电势差UAB==
V=-6V;
根据UAB=∅A-∅B,可知∅A=UAB+∅B=-6V+1V=-5V;
(3)电荷从A点移到B点,根据U=Ed,可知,E==
V/m=200V/m.
(4)由U=Ed,得UBC=EdBC=200×(-0.03)V=-6V,因∅B=1V,所以∅C=7V,
所以1×10-8C的点电荷q在C点的电势能,由EPC=q∅c,为7×10-8J
答:(1)点电荷q的电性为正电;
(2)A、B两点间的电势差-6V 和A点的电势-5V;
(3)匀强电场的电场强度200V/m;
(4)该点电荷q在C点时具有的电势能7×10-8J.
在电场中的P点放一电荷量为q1=4×10-9C的点电荷,它受到的电场力为2×10-5N.
(1)P点场强度有多大?
(2)电荷量为q2=2×10-9C点电荷在p点受到的电场力多大?
正确答案
(1)在电场中的P点放入电荷量为q1=4×10-9C的点电荷,受到的电场力为2×10-5N,则P点的电场强度大小为
E==
N/C=5×103N/C
(2)将电荷量为q2=2×10-9C点电荷在p点,电场强度不变,则该电荷受到的电场力大小为
F2=q2E=2×10-9×5×103N=1.0×10-5N
答:(1)P点场强度为5×103N/C;
(2)电荷量为q2=2×10-9C点电荷在p点受到的电场力为1.0×10-5N.
一个带正电的微粒,从A点射入水平方向的匀强电场中,微粒沿直线AB运动,如图,AB与电场线夹角θ=30°,已知带电微粒的质量m=1×10-7kg,电量q=1×10-10C,A、B相距L=20cm.g取10m/s2,求:
(1)说明微粒在电场中运动的性质,要求说明理由.
(2)电场强度的大小和方向;
(3)要使微粒从A点运动到B点,微粒射入电场时的最小速度.
正确答案
(1)带电微粒在电场中受到电场力和重力,电场力水平向右或方向向左,由于带电微粒沿直线AB运动,可判断出电场力的方向水平向左,则电场力、重力的合力与速度相反,微粒做匀减速在线运动.加速度大小为a==
=20m/s2.故微粒做加速度大小为20m/s2的匀减速直线运动
(2)由qE=mgcot30°得:E=1.7×104N/C,方向向左
(3)微粒从A点运动到B点,做匀减速运动,刚好到B点速度为零,由0-=-2aL得,
v0=
代入解得,v0=2.8m/s
答:(1)微粒在电场中运动的性质是:微粒做加速度大小为20m/s2的匀减速直线运动
(2)电场强度的大小为1.7×104N/C,方向向左
(3)要使微粒从A点运动到B点,微粒射入电场时的最小速度是2.8m/s.
如图所示,一细线上端固定,下端拴一个质量为m的带电小球,将它置于一场强为E、方向水平向右的匀强电场中,当细线与竖直方向夹角为时,小球处于静止状态。(重力加速度为g)求:
(1)画出小球受力示意图;(在图上画出即可)
(2)小球带哪种电荷?电荷量是多大?
正确答案
(1)
(2)正电,mgtanα/E
用30cm的细线将质量为4×10-3kg的带电小球P悬挂在O点下,当空中有方向为水平向右,大小为1×104N/C的匀强电场时,小球偏转37°后处于静止状态。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)分析小球的带电性质(是正电荷还是负电荷?)
(2)求小球的带电量和求细线的拉力。
正确答案
解:(1)正电荷
(2)Eq=mgtan37°,q=3×10-6C
T=mg/cos37°,T=0.05N
在正点电荷Q的一条电场线上的A处放一个电荷量为4.0×10-6C的正点电荷q1、已知A处的电场强度为3×103N/C,则q1所受的电场力F1的大小为______N;如果在A处换上另一个电荷量为3.0×10-6C的负点电荷q2,则q2所受的电场力F2的大小为______N.
正确答案
根据电场力的计算公式:F=qE得:F1=q1E=4×19-6×3×103N=1.2×10-2N;F2=q2E=3×10-6×3×103N=9×10-3N
故答案为:1.2×10-2;9×10-3
把带电量为q=10-6库的点电荷放入电场中某点,它所受的电场力为F=2×10-6牛,则该点的场强大小是______牛/库;如果在该点放人一个电量为2q(2×10-6库)的点电荷,它所受的电场力大小是______牛,这时该点的场强大小是______牛/库.
正确答案
由题q=10-6C,F=2×10-6C,根据电场强度的定义式E=,代入得到 E=2N/C.
在该点放入一个电量为2q的点电荷,电场强度不变,仍为E=2N/C,此电荷所受电场力为F′=2qE=4N.
故答案为:2;4;2
如图,将电荷量为q=3.0×10-9C的点电荷从匀强电场中的A点移动到B点,AB=2cm,电场力做的功为6.0×10-7J,
(1)若以B点为零电势点,求A点的电势和A、B两点的电势差;
(2)若以A点为零电势点,求B点的电势和A、B两点的电势差;
(3)求匀强电场的场强E.
正确答案
(1)以B点位零电势点时,B点的电势ϕA==
V=200V
A、B两点的电势差:UAB═∅A-∅B=(200-0)V=200V
或 UAB==
V=200V
(2)以A点为零电势点时ϕB==
V=-200V
A、B两点的电势差UAB═∅A-∅B=0-(-200)V=200V
(3)匀强电场的场强E==
V/m=1×104V/m
答:(1)若以B点为零电势点,A点的电势为200V,A、B两点的电势差为200V;
(2)若以A点为零电势点,B点的电势为-200V,A、B两点的电势差为200V;
(3)匀强电场的场强为1×104V/m.
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