- 电场:电流
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有一个带电量为q=-3×10-6C的点电荷,从某电场中的A点移到B点,电荷克服电场力做6×10-4J的功,从B点移到C点,电场力对电荷做9×10-4J的功,其中下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、AB间电势差为:UAB==
=200V;
BC间电势差为:UBC==-300V;
由于UAB=φA-φB,UBC=φB-φC,故φC>φA>φB;
故A错误,B错误;
C、D、WAB=EPA-EPB=-6×10-4J;
WBC=EPB-EPC=9×10-4J;
故EPB>EPA>EPC,故C正确,D错误;
故选C.
万有引力定律和库仑定律都遵循平方反比规律,因此引力场和电场之间有许多相似的性质,在处理有关问题时可以将它们进行类比.例如电场中反映各点电场强弱的物理量是电场强度,其定义式为E=;在引力场中可以有一个类似的物理量来反映各点引力场的强弱,设地球质量为M,半径为R,地球表面处的重力加速度为g,引力常量为G,如果一个质量为m的物体位于距离地心2R处的某点,则下列表达式中能反映该点引力场强弱的是( )
正确答案
解析
解:设物体位于距地心2r处的重力加速度为g′,有万有引力等于重力知
GM=g′(2r)2 ①
GM=gR2 ②
由①②解得g′=g
又因为题目中没有给出r与R的大小关系,所以g′不一定等于,故A项错误.
由万有引力定律知
F=G
有类似场强的定义式知引力场强弱为=
故选:A.
(2015秋•吉林校级期中)如图所示,空间有一竖直向下沿x轴方向的静电场,电场强度大小按E=kx分布(x是轴上某点到O点的距离),且k=
,x轴上有一长为L的绝缘细线连接A、B两个小球,两球质量均为m,B球带负电,带电量为q,A球距O点的距离为L.两球现处于静止状态,不计两球之间的静电力作用.求:
(1)A球所带电荷量的大小;
(2)剪断细线后,B球下落2L距离时加速度大小和方向.
正确答案
解:(1)A、B两球静止时,A球所处位置场强为 E1=kL=
B球所处位置场强为 E2=k•2L=
对A、B,由整体法得:2mg+qAE1-qE2=0
解得:qA=-4q
则A球所带电荷量的大小为4q.
(2)B球下落2L距离时电场强度为 E3=k•4L=
根据牛顿第二定律得:
B的加速度为 a==
,方向竖直向上.
答:(1)A球所带电荷量的大小为4q.
(2)B球下落2L距离时加速度大小为,方向竖直向上.
解析
解:(1)A、B两球静止时,A球所处位置场强为 E1=kL=
B球所处位置场强为 E2=k•2L=
对A、B,由整体法得:2mg+qAE1-qE2=0
解得:qA=-4q
则A球所带电荷量的大小为4q.
(2)B球下落2L距离时电场强度为 E3=k•4L=
根据牛顿第二定律得:
B的加速度为 a==
,方向竖直向上.
答:(1)A球所带电荷量的大小为4q.
(2)B球下落2L距离时加速度大小为,方向竖直向上.
两圆形平行金属板M、N,正对竖直放置,其半径r=0.3m,相距d=10cm,两板间加电压1000V;一个质量为m=0.02g,电量q=2×10-8C的带电液滴,从M板上的A点,以初速度v0=1m/s水平射向N板如图所示,恰好打在M板的B点,求:
(1)该圆形平行板电容器所带的电量;
(2)A、B两点间的距离为多少?
(3)带电液滴刚要打到B点时的速度?
(4)液滴运动过程中的最小速度是多少?
(g=10m/s2,静电力常量9×109 Nm2/C2,空气介电常数为1)
正确答案
解:(1)圆形金属棒面积为:S=πr2,
电容器的电容为:C==
=2.5×10-11F
则电容器所带的电量:Q=CU=2.5×10-11×1000=2.5×10-8C
(2)带电液滴在水平方向,受电场力qE作用,水平方向的加速度大小为:
ax==
m/s2=10m/s2;
则运动时间为:t==
s=0.2s
A、B两点间的距离为:hAB==
=0.2m
(3)根据动能定理得:mghAB=-
得:vB==
m/s=
m/s
(4)当液滴的合力与速度垂直时,速度最小,由于ax=g,则最小速度为:
vmin=v0cos45°=1×m/s=
m/s
答:(1)该圆形平行板电容器所带的电量为2.5×10-8C;
(2)A、B两点间的距离为0.2m;
(3)带电液滴刚要打到B点时的速度是m/s.
(4)液滴运动过程中的最小速度是m/s.
解析
解:(1)圆形金属棒面积为:S=πr2,
电容器的电容为:C==
=2.5×10-11F
则电容器所带的电量:Q=CU=2.5×10-11×1000=2.5×10-8C
(2)带电液滴在水平方向,受电场力qE作用,水平方向的加速度大小为:
ax==
m/s2=10m/s2;
则运动时间为:t==
s=0.2s
A、B两点间的距离为:hAB==
=0.2m
(3)根据动能定理得:mghAB=-
得:vB==
m/s=
m/s
(4)当液滴的合力与速度垂直时,速度最小,由于ax=g,则最小速度为:
vmin=v0cos45°=1×m/s=
m/s
答:(1)该圆形平行板电容器所带的电量为2.5×10-8C;
(2)A、B两点间的距离为0.2m;
(3)带电液滴刚要打到B点时的速度是m/s.
(4)液滴运动过程中的最小速度是m/s.
(2015秋•天津校级期中)在一个匀强电场中有M、N、P三点,它们的连线组成一个直角三角形,场强方向平行于M、N、P平面,如图所示,∠NMP=30°,MN=4cm,当把电量为2×10-9C的点电荷从M点移至N点时,须克服电场力做功为8×10-9J,而从M点移至P点时,电场力不做功,则N、P间的电势差UNP=______V,电场强度的大小为______V/m.
正确答案
4
200
解析
解:由电场力做功 W=qU可知,M、N间的电势差为:
UMN==
V=-4V,
从M到P点,电场力不做功,则得M、P间的电势差为:UMP=0,由此可知M、P两点电势相等.
由电场线与等势线垂直,电场线由高电势指向低电势,可知电场线垂直于MP向上,电场强度为:
E==
=
V/m=200V/m
故答案为:4,200.
如图1所示有两个电场,一个是正电荷产生的电场,另一个是一个正点电荷与等量的负点电荷产生的电场,试画出这两个电场的电场线分布和等势线分布图;如图2q1、q2相距6cm,虚线为q1、q2连线的中垂线,中垂线上有一点A到q1、q2连线的距离为3cm,若q1=2.7×10-5C,求A这一点的场强.
正确答案
解:(1)结合课本的图象可知,两个电场的电场线分布和等势线分布图如图;
(2)点A到两个点电荷的距离:cm
两个点电荷在A点产生的场强的大小:=9.0×107N/C
画出两个点电荷在A点产生的场强的方向如图,
可知:N/C
答:两个电场的等势面与电场线如图,A点的场强大小是N/C,方向向右.
解析
解:(1)结合课本的图象可知,两个电场的电场线分布和等势线分布图如图;
(2)点A到两个点电荷的距离:cm
两个点电荷在A点产生的场强的大小:=9.0×107N/C
画出两个点电荷在A点产生的场强的方向如图,
可知:N/C
答:两个电场的等势面与电场线如图,A点的场强大小是N/C,方向向右.
有一静电场,其电势U随坐标x的改变而变化,变化的图线如图1所示,试在图2中画出该静电场的场强E随x变化的图线(设场强沿x轴正方向时取正值,场强沿x轴负方向时取负值).
正确答案
解:电场强度方向平行于x轴,电势U随坐标x图象的斜率的意义反映了电场强度.
沿着电场线方向电势降低.
0-2mm,直线斜率不变,沿x轴正方向电势升高,说明电场强度方向沿x轴负方向,为:
E1=-V/m=-2×104V/m.
2mm-10mm,直线斜率不变,沿x轴正方向电势降低,说明电场强度方向沿x轴正方向,为:
E2=-V/m=104V/m.
10mm-12mm,沿x轴正方向电势升高,说明电场强度方向沿x轴负方向,为:
E1=-V/m=2×104V/m.
做E-x图象,如图所示:
答:如图所示.
解析
解:电场强度方向平行于x轴,电势U随坐标x图象的斜率的意义反映了电场强度.
沿着电场线方向电势降低.
0-2mm,直线斜率不变,沿x轴正方向电势升高,说明电场强度方向沿x轴负方向,为:
E1=-V/m=-2×104V/m.
2mm-10mm,直线斜率不变,沿x轴正方向电势降低,说明电场强度方向沿x轴正方向,为:
E2=-V/m=104V/m.
10mm-12mm,沿x轴正方向电势升高,说明电场强度方向沿x轴负方向,为:
E1=-V/m=2×104V/m.
做E-x图象,如图所示:
答:如图所示.
把一个电荷量为5×10-9C的正点电荷从距电场无穷远处移到电场中的M点,电荷克服静电力做功W=6.0×10-3J,如果把该点电荷从电场中的N点移到距电场无穷远处,静电力做功W=3.6×10-3J,取无穷远处为零势能点,求:
(1)M、N两点的电势各是多少?
(2)M、N两点的电势差是多少?把该点电荷从M点移到N点静电力做功是多少?
正确答案
解:(1)把一个正点电荷从距电场无穷远处移到电场中的M点,电荷克服静电力做功W=6.0×10-3J,相反的过程中,把正点电荷从电场中的M点移动到距电场无穷远处,静电力做功W′=6.0×10-3J,所以:V
把该点电荷从电场中的N点移到距电场无穷远处,静电力做功W=3.6×10-3J,所以:V
(2)M、N两点的电势差:V
把该点电荷从M点移到N点静电力做功:J
答:(1)M、N两点的电势各是V
V;
(2)M、N两点的电势差是V;把该点电荷从M点移到N点静电力做功是2.4×10-3J.
解析
解:(1)把一个正点电荷从距电场无穷远处移到电场中的M点,电荷克服静电力做功W=6.0×10-3J,相反的过程中,把正点电荷从电场中的M点移动到距电场无穷远处,静电力做功W′=6.0×10-3J,所以:V
把该点电荷从电场中的N点移到距电场无穷远处,静电力做功W=3.6×10-3J,所以:V
(2)M、N两点的电势差:V
把该点电荷从M点移到N点静电力做功:J
答:(1)M、N两点的电势各是V
V;
(2)M、N两点的电势差是V;把该点电荷从M点移到N点静电力做功是2.4×10-3J.
有一带电量q=-3×10-6C的点电荷,从电场中的A点移到B点时,克服电场力做功6×10-4J,从B点移到C点时电场力做功9×10-4J.问:
(1)AB、BC、CA间电势差各为多少?
(2)如以B点为零电热,则A、C两点的电势各为多少?
正确答案
解:(1)负电荷从A移到B点的过程,电荷克服电场力做功,可见负电荷从电势高处移至电势低处.即φA>φB
AB间的电势差:UAB==
V=200V
负电荷从B移至C,电场力做正功,可见负电荷从电势低处移至电势高处,即φC>φB
BC间的电势差:UBC=-=
V=-300V
AC间的电势差:UAC=φA-φC=φA-φB+φB-φC=UAB+UBC=-100V
(2)因B点为0电势点,根据电势差公式UAB=φA-φB,UBC=φB-φC,则得:
φA=UAB=200V
φC=UCB=-UBC=300V
答:(1)AB、BC、CA间电势差各为200V,-300V,-100V.
(2)如以B点为零电热,则A、C两点的电势各为200V,300V.
解析
解:(1)负电荷从A移到B点的过程,电荷克服电场力做功,可见负电荷从电势高处移至电势低处.即φA>φB
AB间的电势差:UAB==
V=200V
负电荷从B移至C,电场力做正功,可见负电荷从电势低处移至电势高处,即φC>φB
BC间的电势差:UBC=-=
V=-300V
AC间的电势差:UAC=φA-φC=φA-φB+φB-φC=UAB+UBC=-100V
(2)因B点为0电势点,根据电势差公式UAB=φA-φB,UBC=φB-φC,则得:
φA=UAB=200V
φC=UCB=-UBC=300V
答:(1)AB、BC、CA间电势差各为200V,-300V,-100V.
(2)如以B点为零电热,则A、C两点的电势各为200V,300V.
在静电场中,一个带电量q=1.0×10-9C的负电荷从A点移动到B点.在这过程中,除电场力外,其他力做的功为2.0×10-5J,质点的动能增加了9.0×10-5J.则在此过程中电场力做功为______J,A、B两点间的电势差UAB为______V.
正确答案
解:设此过程中,电场力对点电荷做的功为WAB,由动能定理可知:
W外+WAB=△Ek
即 WAB=△Ek-W外=9.0×10-5J-2.0×10-5J=7.0×10-5J
则A、B两点间的电势差为:
V
故答案为:7.0×10-5、-7.0×104
解析
解:设此过程中,电场力对点电荷做的功为WAB,由动能定理可知:
W外+WAB=△Ek
即 WAB=△Ek-W外=9.0×10-5J-2.0×10-5J=7.0×10-5J
则A、B两点间的电势差为:
V
故答案为:7.0×10-5、-7.0×104
将电荷量为6×10-6C的负电荷从电场中A点移到B点,克服电场力做了3×10-5J的功,再将该电荷从B点移到C点,电场力做了1.2×10-5J的功,则该电荷从A点移到B点,再从B点移到C点的过程中,电势能变化了多少?
正确答案
解:电荷从A点移到C点电场力做功为:
×10-5J=-1.8×10-5J.
可知电势能增加了1.8×10-5J.
答:电势能增加了1.8×10-5J
解析
解:电荷从A点移到C点电场力做功为:
×10-5J=-1.8×10-5J.
可知电势能增加了1.8×10-5J.
答:电势能增加了1.8×10-5J
如图所示,绝缘的水平面上静止着两个质量均为m,电荷量均为+Q的物体A和B(A,B均可视为质点),它们间的距离为r,A,B与平面间的动摩擦因数均为μ.
(1)A受到的摩擦力为多大?
(2)如果将A的电荷量增至+4Q,两物体开始运动,当它们的加速度第一次为零时,A,B相距多远?
正确答案
解:(1)A静止时,它受到的静摩擦力Ff与库仑力大小相等,故:
Ff=k
(2)设A、B加速度为零时二者之间距离为r,由平衡条件得:
μmg=k
解得:r=2Q
答:(1)A受到的摩擦力为k;
(2)如果将A的电荷量增至+4Q,两物体开始运动,当它们的加速度第一次为零时,A、B相距2Q.
解析
解:(1)A静止时,它受到的静摩擦力Ff与库仑力大小相等,故:
Ff=k
(2)设A、B加速度为零时二者之间距离为r,由平衡条件得:
μmg=k
解得:r=2Q
答:(1)A受到的摩擦力为k;
(2)如果将A的电荷量增至+4Q,两物体开始运动,当它们的加速度第一次为零时,A、B相距2Q.
一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动,其电势能E随位移x变化的关系如图所示,其中0-x2段是对称的曲线,为x2-x3段是直线,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据电势能与电势的关系:Ep=qφ,场强与电势的关系:E=,得:E=
由数学知识可知Ep-x图象切线的斜率等于,在x2到x3阶段斜率不变,故加速度不变,故A错误.
B、从x1到x3带电粒子的过程中,电势能增加,故电场力做负功,速度一直减小,故B正确;
C、由图看出在0~x1段图象切线的斜率不断减小,由上式知场强减小,粒子所受的电场力减小,加速度减小,做非匀变速运动.x1~x2段图象切线的斜率不断增大,场强增大,粒子所受的电场力增大,做非匀变速运动.x2~x3段斜率不变,场强不变,即电场强度大小和方向均不变,是匀强电场,粒子所受的电场力不变,做匀变速直线运动,故BC错误;
D、根据电势能与电势的关系:Ep=qφ,因粒子带负电,q<0,则知电势能越大,粒子所在处的电势越低,所以有:φ1>φ2>φ3.故D正确
故选:BD
如图,长为l的导体棒ab原来不带电,现将一带电量为q的点电荷放在距棒a端R处,当达到静电平衡后,棒上感应电荷在棒内距b端
处产生的场强大小为______,方向为______;若棒内一自由电子从a端运动到b端,电场力所做功为______.
正确答案
点电荷q在该处产生的电场强度的方向相反
0
解析
解:水平导体棒当达到静电平衡后,棒上感应电荷中点P处产生的场强大小与点电荷q在该处产生的电场强度大小相等,方向相反.
则棒上感应电荷在棒内中点产生的场强大小为:E=,
由于P处的合场强为零,所以感应电荷产生的场强方向与点电荷q在该处产生的电场强度的方向相反,
因a,b等电势,由a到b,电场力做功为0,
故答案为: 与点电荷在该处产生的场强强方向相反 0
Ox坐标轴上某点放置了一个点电荷Q,坐标轴上A、B两点的坐标分别为2.0m和6.0m.放在A、B两点的试探电荷受到的电场力方向都跟x轴的正方向相同,电场力的大小跟试探电荷所带电量的关系图象如图中直线a,b所示,放在A点的试探电荷带正电,放在B点的试探电荷带负电.求:
(1)B点的电场强度的大小和方向.
(2)试判断点电荷Q的电性,并说明理由.
(3)点电荷Q的位置坐标.
正确答案
解:(1)由图可知,B点的电场强度为:E==
=2.5N/C,方向指向x负方向.
(2)放在A、B两点的试探电荷受到的电场力方向都跟x轴的正方向相同,而正电荷所受电场力与电场强度方向相同,负电荷所受电场力与电场强度方向相反.若点电荷在A的左侧或在B的右侧,正负电荷所受电场力方向不可能相同,所以点电荷Q应位于A、B两点之间,根据正负电荷所受电场力的方向,知该点电荷带负电.
(3)设点电荷Q的坐标为x,由点电荷的电场E=,可知
=
,
解得:x=0.8m.
所以点电荷Q的位置坐标为(0.8m,0).
答:(1)B点的电场强度的大小为EB=2.5N/C,方向指向x负方向.
(2)点电荷带负电,因为AB二点电场的方向相反,都指向中间.
(3)点电荷Q的位置坐标为(0.8m,0).
解析
解:(1)由图可知,B点的电场强度为:E==
=2.5N/C,方向指向x负方向.
(2)放在A、B两点的试探电荷受到的电场力方向都跟x轴的正方向相同,而正电荷所受电场力与电场强度方向相同,负电荷所受电场力与电场强度方向相反.若点电荷在A的左侧或在B的右侧,正负电荷所受电场力方向不可能相同,所以点电荷Q应位于A、B两点之间,根据正负电荷所受电场力的方向,知该点电荷带负电.
(3)设点电荷Q的坐标为x,由点电荷的电场E=,可知
=
,
解得:x=0.8m.
所以点电荷Q的位置坐标为(0.8m,0).
答:(1)B点的电场强度的大小为EB=2.5N/C,方向指向x负方向.
(2)点电荷带负电,因为AB二点电场的方向相反,都指向中间.
(3)点电荷Q的位置坐标为(0.8m,0).
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