- 电场:电流
- 共19537题
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q放在离球心60cm处的B点,所受的电场力等于多少?
正确答案
解:
(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′==2.5×10-9N;
答:(1)A点的场强的大小为100N/C,方向:球心→A.
(2)A点的场强的大小为100N/C,方向:球心→A.
(3)F=2.5×10-9 N;
解析
解:
(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′==2.5×10-9N;
答:(1)A点的场强的大小为100N/C,方向:球心→A.
(2)A点的场强的大小为100N/C,方向:球心→A.
(3)F=2.5×10-9 N;
如图,半径为R的均匀带正电薄球壳,其上有一小孔A,已知壳内的场强处处为零,壳外空间的电场与将球壳上的全部电荷集中于球心O时在壳外产生的电场一样,一带正电的试探电荷(不计重力)从球心以初动能Ek0沿OA方向射出,下列关于试探电荷的动能Ek与离开球心的距离r的关系图线,可能正确的是( )
正确答案
解析
解:在球壳内,场强处处为零,试探电荷不受电场力,做匀速直线运动,其动能不变;
在球壳外,取一段极短距离内,认为库仑力不变,设为F,根据动能定理得:
△Ek=F△r
则得:F=
根据数学知识得知:等于Ek-r图象上切线的斜率,由库仑定律知r增大,F减小,图象切线的斜率减小,故C正确,ABD错误.
故选:C.
如图所示,在水平向右、场强为E的匀强电场中,两个带电量均为+q的小球A、B通过两根长度均为L的绝缘轻绳悬挂.两球静止时,两细线与竖直方向的夹角分别为30°、60°.用一个外力作用在A球上,使A球缓慢地绕悬点O做圆周运动,在A球运动至最低点A′的过程中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、小球B受4个力:竖直向下的重力、水平向右的电场力、沿绳子方向的拉力和库仑斥力
A的移动不影响AB之间绳子的方向,当A移动到最低点时,两球都移动了L,克服电场力做功,电势能增量为:
.故A错误,B正确;
C、D、以 A、B两个小球组成的整体为研究的对象,整体受到竖直向下的重力、水平向右的电场力和沿绳子方向的拉力:
重力与电场力合力沿绳子,有mgtan30°=qE
整体的质量:
A的移动不影响AB之间绳子的方向,当A移动到最低点时,两球在竖直方向都移动了L(1-cos30°)=(1-L
所以重力势能减小:△EP=(2-3)qEL.故C正确,D错误;
故选:BC.
(2015秋•哈尔滨校级期中)一个电子在电场中的A点具有80eV的电势能,当它由A点运动到B点时克服静电力做功30eV,则( )
正确答案
解析
解:AB、电子由A点运动到B点时克服静电力做功30eV,则电子的电势能增加了30eV,电子在A点具有80eV的电势能,则电子在B处的电势能是EpB=80eV+30eV=110eV.故A错误,B正确.
CD、静电力做功为 WAB=-30eV,电子的电荷量为q=-e,则AB间的电势差为 UAB==
=30V,可知,A点的电势比B点的电势高30V,因此,B点电势比A点电势低30V,故C错误,D正确.
故选:BD
在电场中把2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功为4.0×10-7J.求:
(1)AB间的电势差是多少?
(2)把-1.5×10-9C的电荷从A点移到B点,静电力做多少功?
正确答案
解:(1)2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功4×10-7J,
则有:=
=200V
(2)-1.5×10-9C的电荷从A点移到B点,静电力做功为:
WAB=qUAB=-1.5×10-9×200J=-3×10-7J
答:(1)AB间的电势差是200V
(2)把-1.5×10-9C的电荷从A点移到B点,静电力做功-3×10-7J
解析
解:(1)2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点,静电力做功4×10-7J,
则有:=
=200V
(2)-1.5×10-9C的电荷从A点移到B点,静电力做功为:
WAB=qUAB=-1.5×10-9×200J=-3×10-7J
答:(1)AB间的电势差是200V
(2)把-1.5×10-9C的电荷从A点移到B点,静电力做功-3×10-7J
空间存在如图所示的电场,AB为同一电场线上的两点,现在AB间连接一根光滑曲管,且曲管与电场线重合,一质量为m的带电粒子以一定的初速度从A点运动到B点,重力不计,以下分析正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由题,带电粒子以一定的初速度从A点运动到B点,粒子可能做加速运动,也可能做减速运动,所以不能判断出粒子的电性.故A错误;
B、粒子运动的轨迹与电场线重合,可能电场力做正功,粒子做加速运动,也可能电场力做负功,粒子做减速运动,所以粒子的机械能不守恒.故B错误;
C、粒子运动的轨迹与电场线重合,所以受到的电场力的方向始终沿运动轨迹的切线方向,粒子受到的管壁的支持力提供向心力,由向心力的公式得:,即:
所处位置曲率半径为r=.故C正确;
D、粒子运动的轨迹与电场线重合,可能电场力做正功,粒子一直做加速运动,也可能电场力做负功,粒子一直做减速运动.不可能出现速度先增大后减小,或先减小后增大的情况.故D错误.
故选:C
如图所示,倾角α=30°的直角三角形底边长为2l,底边处在水平位置,斜边为光滑绝缘导轨.现在底边中点O处固定一正电荷Q,让一个质量为m,电量为q的带负电的质点从斜面顶端A沿斜边滑下,滑到斜边的垂足D时速度为v.试求:
(1)质点在AC和AD两段的运动过程中,电场力对质点做的功之比;
(2)质点刚滑到C点时的加速度和速率.
正确答案
解:解:(1)因OD=OC,则正电荷Q在D、C两点的电势相等,故:UAD=UAC,由W=qU知,
(2)质点滑到C点时,受力如图,其中:F=
由牛顿第二定律得:mgsinα-Fcosα=ma
联立两式解得:a=,方向平行于斜面向下.
在质点从D到C两点得过程中,由动能定理:mg×lsinα=
mv2
解得:
答:(1)质点在AC和AD两段的运动过程中,电场力对质点做的功之比为1:1
(2)质点刚滑到C点时的加速度为a=,方向平行于斜面向下. 速率为
解析
解:解:(1)因OD=OC,则正电荷Q在D、C两点的电势相等,故:UAD=UAC,由W=qU知,
(2)质点滑到C点时,受力如图,其中:F=
由牛顿第二定律得:mgsinα-Fcosα=ma
联立两式解得:a=,方向平行于斜面向下.
在质点从D到C两点得过程中,由动能定理:mg×lsinα=
mv2
解得:
答:(1)质点在AC和AD两段的运动过程中,电场力对质点做的功之比为1:1
(2)质点刚滑到C点时的加速度为a=,方向平行于斜面向下. 速率为
如图所示,固定的光滑水平轨道与半径为R的光滑竖直半圆轨道BCD平滑相接,轨道皆绝缘,B、D为最低点和最高点,C与圆心等高,B、C、D处设有开关,可改变电场方向.有一质量为m、带电量为+q的小球,在水平轨道上的A点由静止释放,起初空间有水平向右的匀强电场,场强E=
,当小球运动通过每一个开关时电场将保持场强大小不变,而方向向逆时针旋转90°.
(1)欲使小球能到达D点,求释放点A与B间距离的最小值;
(2)若在A点释放小球,刚好能到达D点,求小球从D点飞出后落地点到B的距离.
正确答案
解:(1)小球刚好能通过D点
在D点由牛顿第二定律可得mg=
从A到D由动能定理可得
联立解得,
(2)通过D点后,电场变为竖直向下,小球在水平方向匀速运动,竖直方向匀加速运动则
竖直方向由牛顿第二定律可得qE+mg=ma
解得a=2g
下落的时间为t,则
解得t=
水平方向的位移x=
答:(1)欲使小球能到达D点,释放点A与B间距离的最小值为;
(2)若在A点释放小球,刚好能到达D点,小球从D点飞出后落地点到B的距离为
解析
解:(1)小球刚好能通过D点
在D点由牛顿第二定律可得mg=
从A到D由动能定理可得
联立解得,
(2)通过D点后,电场变为竖直向下,小球在水平方向匀速运动,竖直方向匀加速运动则
竖直方向由牛顿第二定律可得qE+mg=ma
解得a=2g
下落的时间为t,则
解得t=
水平方向的位移x=
答:(1)欲使小球能到达D点,释放点A与B间距离的最小值为;
(2)若在A点释放小球,刚好能到达D点,小球从D点飞出后落地点到B的距离为
质量为m,所带电荷量q为正的粒子,在静电力作用下由静止开始从电势为φ1的等势面移动到电势为φ2的等势面,则粒子的速度为多少?
正确答案
解:由题意可知,由静止开始从电势为φ1的等势面移动到电势为φ2的等势面,那么电势差为:U12=φ1-φ2;
再根据动能定理,则有:qU12=
解得:v=
答:粒子的速度为.
解析
解:由题意可知,由静止开始从电势为φ1的等势面移动到电势为φ2的等势面,那么电势差为:U12=φ1-φ2;
再根据动能定理,则有:qU12=
解得:v=
答:粒子的速度为.
如图所示,水平绝缘桌面上固定两个等量同种负点电荷,A、O、B在两电荷连线的中垂线上,O为两电荷连线中点,AO=OB=L,现将一带正电的小滑块由A点静止释放,小滑块可最远运动至O点,已知小滑块的质量为m、电量为q.若在A点给小滑块一初速度,则小滑块沿中垂线最远运动至B点.已知小滑块与桌面的动摩擦因数为μ,重力加速度为g.求:
(1)AO两点的电势差?
(2)该小滑块从A点运动到B点的过程中经过O点时速度大小?
正确答案
解:(1)由题意知从A到O,电场力做正功,由动能定理:-μmgL+qUAO=0
解得:UAO=
(2)设经过O点时速度大小为v.
根据对称性可知,OB间的电势差等于OA间的电势差.
从O到B,再由动能定理,则有:-μmgL+qUOB=0-mv2
其中UOB=UOA=-UAO=-
联立解得:v=2;
答:
(1)AO两点的电势差是.
(2)该小滑块从A点运动到B点的过程中经过O点时速度大小是2.
解析
解:(1)由题意知从A到O,电场力做正功,由动能定理:-μmgL+qUAO=0
解得:UAO=
(2)设经过O点时速度大小为v.
根据对称性可知,OB间的电势差等于OA间的电势差.
从O到B,再由动能定理,则有:-μmgL+qUOB=0-mv2
其中UOB=UOA=-UAO=-
联立解得:v=2;
答:
(1)AO两点的电势差是.
(2)该小滑块从A点运动到B点的过程中经过O点时速度大小是2.
如图所示,A、B、C为一条电场线上的三点,以B点为零电势点,一个电子从A移到B和C电场力分别做功3.2×10-19J和9.6×10-19J,则电场线的方向______,A点电势φA=______V,C点电势φC=______V.如果以C点为零电势点,则A点电势φ′A=______V,B点电势φ′B=______V.
正确答案
解:电子从A到B和C电场力做正功,故受到的力沿AB方向和AC方向,故场强方向沿CA方向,
若B点电势为零
由得
由得
如C点电势为零
故答案为:沿CA方向,-2,4,-6,-4
解析
解:电子从A到B和C电场力做正功,故受到的力沿AB方向和AC方向,故场强方向沿CA方向,
若B点电势为零
由得
由得
如C点电势为零
故答案为:沿CA方向,-2,4,-6,-4
(2015秋•冀州市校级月考)一带正电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动,其动能Ek随位移x变化的关系如图所示,其中0~x2段是对称的曲线,x2~x3段是直线,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、D、对于极短位移△x内,由动能定理可得:qE△x=△Ek,得:E=×
,可见图象的斜率大小反映场强的大小,故0~x1处电场强度逐渐减小,x2~x3段场强不变,是匀强电场,故A错误,D正确.
B、根据能量守恒判断动能小的地方,电势能大;由Ep=qφ,q为正电荷,故x1处的电势最高,故B正确;
C、若0~x2段曲线关于直线x=x1对称,可知粒子在O点和x2点两点动能的相等,故粒子在0~x2段先减速再加速,故C错误.
故选:BD
如图所示,长为L、倾角为θ=45°的光滑绝缘斜面处于电场中,一带电荷量为+q,质量为m的小球,以初速度v0由斜面底端的A点开始沿斜面上滑,到达斜面顶端的速度仍为v0,则( )
正确答案
解析
解:A、小球在运动的过程中,受重力、支持力和电场力,重力做负功,支持力不做功,电场力就做正功.故A点的电势高,小球在A点的电势能大.故A错误;
B、A到B速度未变,说明重力做功等于电场力做功.则.故B正确;
C、若电场是匀强电场,电场力恒定,根据共点力的平衡可得,若电场强度与运动方向不共线,且与斜面的夹角小于θ时,则电场力、斜面的支持力与重力相平衡,因此小球受到的电场力可能等于重力mg,此时的电场强度等于,故C正确;
D、若该电场是斜面中点正上方某点的点电荷Q产生的,离电荷远的A点电势高,所以Q一定是负电荷.故D错误.
故选:BC
如图所示,水平放置的平行金属板的N板接地,M板电势为+U,两板间距离为d,d比两板的长度小很多,在两板之间有一长为2L(2L<d)的绝缘轻杆,可绕杆的水平固定轴O在竖直面内无摩擦地转动,O为杆的中点,杆的两端分别连着小球A和B,它们的质量分别为2m和m,它们的带电荷量分别为+q和-q(不计小球间的静电力),当杆由图示水平位置从静止释放,转过90°到竖直位置时,已知重力加速度为g,求:
(1)两球的电势能的变化;
(2)两球的总动能;
(3)杆对A球的作用力.
正确答案
解:(1)电场中的场强为:E=
电场力对两球做的功为:WE=2qEL=
电势能的减少量为:|△Ep|=
(2)重力对两球做的功为:WG=mgL
由动能定理,有:WG+WE=Ek-0
解得:Ek=mgL+
(3)根据(2)问,有:•2m v2+
m v2=mgL+
A球在最低点,由牛顿第二定律,有:F-2mg-=2m
解得:F=+
答:(1)两球的电势能的减少量为;
(2)两球的总动能为mgL+;
(3)杆对A球的作用力为+
.
解析
解:(1)电场中的场强为:E=
电场力对两球做的功为:WE=2qEL=
电势能的减少量为:|△Ep|=
(2)重力对两球做的功为:WG=mgL
由动能定理,有:WG+WE=Ek-0
解得:Ek=mgL+
(3)根据(2)问,有:•2m v2+
m v2=mgL+
A球在最低点,由牛顿第二定律,有:F-2mg-=2m
解得:F=+
答:(1)两球的电势能的减少量为;
(2)两球的总动能为mgL+;
(3)杆对A球的作用力为+
.
(2015秋•太原期末)如图是一种测定小球所带电荷量的装置原理图.长为l的绝缘细线,一端拴一质量为m的带正电小球,另一端悬挂在O点,静止时细线竖直、小球位于A点.当小球处于电场强度大小为E、方向水平的匀强电场中时,细线偏离竖直方向的角度为θ=30°,此时小球静止在B点.重力加速度为g,则:
(1)小球所带电荷量是多少?
(2)若将小球从B点拉到A点由静止释放,求小球再次回到B点时细线拉力的大小.
正确答案
解:(1)小球所带电荷量为q,细线的拉力为F.小球静止在B点时,由平衡条件得:
Fsinθ=qE
Fcosθ=mg
解得:q=
(2)设小球在B点的速度为v,细线的拉力为T.小球从A运动到B,由动能定理得:
qElsinθ-mgl(1-cosθ)=
在B点,由牛顿第二定律得:
T-mgcosθ-qEsinθ=m
解得:T=2(-1)mg
答:(1)小球所带电荷量是.
(2)若将小球从B点拉到A点由静止释放,小球再次回到B点时细线拉力的大小是2(-1)mg.
解析
解:(1)小球所带电荷量为q,细线的拉力为F.小球静止在B点时,由平衡条件得:
Fsinθ=qE
Fcosθ=mg
解得:q=
(2)设小球在B点的速度为v,细线的拉力为T.小球从A运动到B,由动能定理得:
qElsinθ-mgl(1-cosθ)=
在B点,由牛顿第二定律得:
T-mgcosθ-qEsinθ=m
解得:T=2(-1)mg
答:(1)小球所带电荷量是.
(2)若将小球从B点拉到A点由静止释放,小球再次回到B点时细线拉力的大小是2(-1)mg.
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