- 电场:电流
- 共19537题
如图所示,长为L,倾角为θ的光滑绝缘斜面处于电场中,一带电量为+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,则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理得:-mgLsinθ+qUAC=,得到:
UAC=,故A正确;
B、小球从A运动到C的过程中,重力势能增加,电势能减小,则小球在C点的电势能一定小于小球在A点的电势能.故B错误;
C、若电场是匀强电场,电场力恒定,到达C点时小球速度仍为v0,故小球做匀速直线运动,电场力与重力、支持力的合力为零,小球的重力沿斜面向下的分力为mgsinθ一定,则当电场力沿斜面向上,大小为F=mgsinθ时,电场力最小,场强最小,又电场力F=Eq,则该电场的场强的最小值是,故C正确;
D、该电场是斜面中点正上方某点的点电荷Q产生的,则小球在A、B两点动能相等,重力势能增大,电势能减小,电场力做正功,故Q一定带负电.故D正确
故选:ACD
(2015秋•荆门期末)如图所示,在足够长的绝缘水平直线轨道上方h高度的P点,固定电荷量为-Q的点电荷.一质量为m、带电荷量为-q的物块(可视为质点),从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动,当运动到P点正下方B点时速度为v1,到达位置C时速度为v2(C与A关于PB对称),且v2小于v0.已知点电荷产生的电场在A点的电势为φ(取无穷远处电势为零),PA连线与水平轨道的夹角为60°,试求:
(1)物块在A点时受到轨道的支持力大小;
(2)点电荷-Q产生的电场在B点的电势.
正确答案
解:(1)在B处时,物块竖直方向受力平衡,设此时物块所受库仑力为F,则有:
F=k
物块在B点时受到轨道的支持力大小为:FN=Fsin60°+mg
解得:FN=mg+
(2)据题,C与A关于PB对称,A、C两点的电势相等,由于v2小于v0,所以物块必定受到了水平面的摩擦力作用.设物块从A点到B点,摩擦力对物块做功为W,由对称性可知,物块从B点到C点摩擦力做功也为W.
物块从A到B,由动能定理得:
W-qUAB=-
mv02;
物块从B到C,运用动能定理得:
W-qUBC=-
;
由电场的对称性知:UAB=-UBC
联立解得:UAB=
由UAB=φA-φB=φ-φB
所以:B点的电势为 φB=φ-
答:
(1)物块在A点时受到轨道的支持力大小是mg+;
(2)点电荷-Q产生的电场在B点的电势是φ-.
解析
解:(1)在B处时,物块竖直方向受力平衡,设此时物块所受库仑力为F,则有:
F=k
物块在B点时受到轨道的支持力大小为:FN=Fsin60°+mg
解得:FN=mg+
(2)据题,C与A关于PB对称,A、C两点的电势相等,由于v2小于v0,所以物块必定受到了水平面的摩擦力作用.设物块从A点到B点,摩擦力对物块做功为W,由对称性可知,物块从B点到C点摩擦力做功也为W.
物块从A到B,由动能定理得:
W-qUAB=-
mv02;
物块从B到C,运用动能定理得:
W-qUBC=-
;
由电场的对称性知:UAB=-UBC
联立解得:UAB=
由UAB=φA-φB=φ-φB
所以:B点的电势为 φB=φ-
答:
(1)物块在A点时受到轨道的支持力大小是mg+;
(2)点电荷-Q产生的电场在B点的电势是φ-.
空间某一静电场的电势φ在x轴上分布如图所示,x轴上两点B、C点电场强度在x方向上的分量分别是EBx、ECx,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、沿电场方向电势降低,在O点左侧,EBx的方向沿x轴负方向,故A错误;
B、在B点和C点附近分别取很小的一段d,由图象,B点段对应的电势差大于C点段对应的电势差,看做匀强电场有E=,可见EBx>ECx,故B正确;
C、同理可知O点场强最小,电荷在该点受到的电场力最小,故C错误;
D、沿电场方向电势降低,在O点左侧,EBx的方向沿x轴负方向,在O点右侧,ECx的方向沿x轴正方向,电场力先做正功,后做负功,故D正确.
故选:BD
真空中的某装置如图所示,现有质子、氘核和α粒子都从O点由静止释放,经过相同加速电场和偏转电场,射出后都打在同一个与OO′垂直的荧光屏上,使荧光屏上出现亮点(已知质子、氘核和α粒子质量之比为1:2:4,电量之比为1:1:2,重力不计).下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:B、根据动能定理得,qU1=mv02-0,则进入偏转电场的速度v0=
,因为质子、氘核和α粒子的比荷之比为2:1:1,则初速度之比
:1:1.
在偏转电场中运动时间t=,则知时间之比为1:
:
.故B错误
C、在竖直方向上的分速度vy=at=,则出电场时的速度v=
=
.因为粒子的比荷不同,则速度的大小不同.故C错误.
D、偏转位移y=at2=
,因为qU1=
mv02-0,则y=
,与粒子的电量和质量无关,则粒子的偏转位移相等,荧光屏将只出现一个亮点.故D错误.
A、偏转电场的电场力对粒子做功W=qEy,因为E和y相同,电量之比为1:1:2,则电场力做功为1:1:2.故A正确.
故选:A.
如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线,将带电荷量为q=-1.0×10-6C的点电荷由A点沿水平线移至B点,克服电场力做了2×10-6J的功,已知A、B间的距离为2cm.试求:
(1)A、B两点间的电势差UAB及该匀强电场的电场强度
(2)若A点的电势为φA=1V,试求B点的电势φB.
正确答案
解:(1)由题意可知,点电荷从A到B,电场力做负功 UAB=-2×10-6 J
据UAB=得 UAB=
V=2V
A、B两点沿电场线方向的距离 d=2×10-2cos 60°m=1×10-2 m
由E==200 V/m,方向:沿电场线斜向下
(2)由UAB=φA-φB,则φB=φA-UAB=-1 V
答:
(1)A、B两点间的电势差UAB是2V,该匀强电场的电场强度是200 V/m,方向:沿电场线斜向下.
(2)若A点的电势为φA=1V,B点的电势φB是-1V.
解析
解:(1)由题意可知,点电荷从A到B,电场力做负功 UAB=-2×10-6 J
据UAB=得 UAB=
V=2V
A、B两点沿电场线方向的距离 d=2×10-2cos 60°m=1×10-2 m
由E==200 V/m,方向:沿电场线斜向下
(2)由UAB=φA-φB,则φB=φA-UAB=-1 V
答:
(1)A、B两点间的电势差UAB是2V,该匀强电场的电场强度是200 V/m,方向:沿电场线斜向下.
(2)若A点的电势为φA=1V,B点的电势φB是-1V.
如图所示,光滑绝缘的水平桌面上,固定着一个带电量为+Q的小球P,带电量分别为-q和+2q的小球M和N,由绝缘细杆相连,静止在桌面上,P与M相距L,P、M和N视为点电荷,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、对M、N分别受力分析,根据库仑定律,假设杆无作用力,设M与N间距为r,则有:,解得:r=(
)L;故A错误;
B、由于水平桌面光滑,若P、M和N不在同一直线上,则各自受力不共线,会出现不平衡现象,故B正确;
C、由带电量为+Q的小球P,结合沿着电场线方向电势降低的,则M点电势高于N点,故C错误;
D、由题意可知,M、N及细杆组成的系统处于静止状态,因此合外力为零,故D正确.
故选:BD.
距离足够大的金属板A、B间有一电子(不计重力影响),在A、B间接有如图所示的正弦式电压u,t=0时电子从静止开始运动,则( )
正确答案
解析
解:平行金属板间有一静止的正电粒子,若两板间加电压u=Umsinωt,粒子受到电场力作用,根据E= 和F=Eq,电场力为:
F=sinωt
即粒子的电场力随着时间按照正弦规律变化;
加速度:a==
sinωt,故粒子的加速度也随着时间按照正弦规律变化;
由于速度与加速度一直同方向,故粒子一直做单方向的直线运动,位移不断增加;
物体的速度方向不变,大小经过一个周期减小为零,当t=时,电子速度达到最大值;故BC正确,AD错误;
故选:BC.
A为静止带电体,其电场中有c,d两点,原来静止在c点的质子或氦离子,在电场力的作用下移到d点,若质子的速率为v,则氦离子的速率为______.
正确答案
解析
解:设电场中cd两点的电势差为U,质子的电量为+q、质量为m,则氦离子的电量为+2q,质量为4m,
对质子从c到d的过程中,运动动能定理得:
v2=Uq①
对氦离子从c到d的过程中,运动动能定理得:
v′2=2Uq②
由①②解得:
v′=
故答案为:
(2016•杨浦区一模)静电场方向平行于x轴,其电势φ随x的分布如图所示,图中φ0和d为已知量.一个带负电的粒子在电场中以x=0为中心,沿x轴方向做周期性运动.已知该粒子质量为m、电量为-q,其动能与电势能之和为-A(0<A<qφ0).忽略重力.求:
(1)粒子所受电场力的大小;
(2)粒子的运动区间;
(3)粒子从左侧最远点运动到中心点O处的时间.
正确答案
解:(1)由图可知,0与d(或-d)两点间的电势差为φ0
电场强度的大小:E=
电场力的大小:F=qE=
(2)设粒子在[-x,x]区间内运动,速率为v,由题意得:
…①
由图可知:…②
由①②得:…③
因动能非负,有:
得:
即:
粒子运动区间:-d(1-)≤x≤d(1-
)
(3)考虑粒子从-x0处开始运动的四分之一周期
根据牛顿第二定律,粒子的加速度:
由匀加速直线运动:
将④⑤代入,得:
粒子从左侧最远端运动到O点所用时间:
tn=(2n+1)t=(2n+1),(n=0,1,2,3,…)
答:
(1)粒子所受电场力的大小是;
(2)粒子的运动区间是:-d(1-)≤x≤d(1-
);
(3)粒子从左侧最远点运动到中心点O处的时间是(2n+1),(n=0,1,2,3,…).
解析
解:(1)由图可知,0与d(或-d)两点间的电势差为φ0
电场强度的大小:E=
电场力的大小:F=qE=
(2)设粒子在[-x,x]区间内运动,速率为v,由题意得:
…①
由图可知:…②
由①②得:…③
因动能非负,有:
得:
即:
粒子运动区间:-d(1-)≤x≤d(1-
)
(3)考虑粒子从-x0处开始运动的四分之一周期
根据牛顿第二定律,粒子的加速度:
由匀加速直线运动:
将④⑤代入,得:
粒子从左侧最远端运动到O点所用时间:
tn=(2n+1)t=(2n+1),(n=0,1,2,3,…)
答:
(1)粒子所受电场力的大小是;
(2)粒子的运动区间是:-d(1-)≤x≤d(1-
);
(3)粒子从左侧最远点运动到中心点O处的时间是(2n+1),(n=0,1,2,3,…).
(2015秋•济宁期末)如图所示,虚线a、b、c代表电场中的三个等势面,相邻等势面之间的电势差相等,实线为一电子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,P、Q是这条轨迹上的两点,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由E=,知等差等势面的疏密可以表示电场的强弱,P处的等势面密,所以P点的电场强度大,电子在P点受到的电场力大,粒子的加速度大,故A错误.
B、电子做曲线运动,电场力指向曲线的内侧;根据电场线与等势面垂直,电子所受的电场力与电场方向相反,可知,电场线斜向下.故a等势面电势最高,故B正确.
C、利用推论:负电荷在电势高处电势能小,知道电子在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能小,故C错误.
D、只有电场力做功,电子的电势能和动能之和守恒,故电子在P点的动能与电势能之和等于在Q点的动能与电势能之和,P点电势能小,动能大.故D正确;
故选:BD
真空中,A,B两点上分别设置异种点电荷Q1、Q2,已知两点电荷间引力为10N,Q1=1.0×10-2C,Q2=2.0×10-2C.则Q2在A处产生的场强大小是______N/C,方向是______;则Q1在B处产生的场强的大小是______N/C,方向是______.
正确答案
500
A→B
1000
A→B
解析
解:Q2在A处产生的场强大小是:E2=N/C,方向从A→B.
Q1在A处产生的场强大小是:,方向由A→B
答:500,A→B,1000,A→B
质量为m的带正电小球由空中A点无初速度自由下落,在t秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场,再经过2t秒小球又回到A点.不计空气阻力且小球从未落地,则( )
正确答案
解析
解:A、小球先做自由下落,然后受电场力和重力向下做匀减速到速度为0,再向上做匀加速回到A点.
设加上电场后小球的加速度大小为a,规定向下为正方向.
整个过程中小球的位移为0,运用运动学公式:
gt2+gt×2t-
a(2t)2=0
解得:a=g,
根据牛顿第二定律:F合=F电-mg=ma
解得:mg,
电场力做功为:W=mg×
gt2=
mg2t2
由功能关系得,电场力做功等于机械能增加,故A正确;
B、小球运动到最低点时,速度为零,由动量定理得:g(t+t′)-F电t′=0,而解得:mg,故有t′=
,故B错误;
C、从加电场开始到小球运动到最高点时由动能定理求得小球动能变化为:△Ek=W=()×
gt2=
mg2t2,故C正确;
D、从最低点到A点的距离为:h=结合B项分析可得,h=
gt2,小球重力势能变化值为重力做的功,故△EP=mgh=
mg2t2,故D错误.
故选:AC
带电量为 1.0×10-2库的正粒子,在电场中只受电场力的作用,先后飞经A、B两点,飞经A点时的动能为10J,飞经B点时的动能为40J.已知A点的电势为-700V,求:
(l)电荷从A到B电场力做多少功?
(2)带电粒子在A点的电势能是多少?
(3)B点的电势是多少?
正确答案
解:(1)根据动能定理得到,带电粒子从A点到B点的过程中电场力做功等于动能的增大,则电场力做功为:
W=EkB-EkA=40J-10J=30J,
(2)带电粒子在A点的电势能:
EpA=qφA=1.0×10-2×(-700)V=-7J
(3)A、B间的电势差为:
UAB==
=3000J
而 UAB=φA-φB得,B点的电势为:
φB=φA-UAB=-700V-3000V=-3700V
答:(l)电荷从A到B电场力做功为30J.
(2)带电粒子在A点的电势能是-7J.
(3)B点的电势是-3700V.
解析
解:(1)根据动能定理得到,带电粒子从A点到B点的过程中电场力做功等于动能的增大,则电场力做功为:
W=EkB-EkA=40J-10J=30J,
(2)带电粒子在A点的电势能:
EpA=qφA=1.0×10-2×(-700)V=-7J
(3)A、B间的电势差为:
UAB==
=3000J
而 UAB=φA-φB得,B点的电势为:
φB=φA-UAB=-700V-3000V=-3700V
答:(l)电荷从A到B电场力做功为30J.
(2)带电粒子在A点的电势能是-7J.
(3)B点的电势是-3700V.
如图所示,在点电荷+Q的电场中,电荷量为q=2.0×10-10C的检验电荷放在a点,a点与电荷Q之间的距离r=0.2m,电荷q受到的电场力为F=3.6×10-5N,已知静电力常量k=9.0×109N•m2/C2.试求:
(1)点电荷+Q在a处的电场强度的大小、方向.把检验电荷从a点移去b点后,a点的场强怎样变化?
(2)点电荷+Q所带的电荷量.
正确答案
解:(1)根据电场力公式:F=qE
,方向向右.
把检验电荷从a点移去b点后,a点的场强不变化.
(2)根据库伦定律:
答:(1)点电荷+Q在a处的电场强度的大小为1.8×105N/C,方向向右.把检验电荷从a点移去b点后,a点的场强不变化.
(2)点电荷+Q所带的电荷量8.0×10-7C.
解析
解:(1)根据电场力公式:F=qE
,方向向右.
把检验电荷从a点移去b点后,a点的场强不变化.
(2)根据库伦定律:
答:(1)点电荷+Q在a处的电场强度的大小为1.8×105N/C,方向向右.把检验电荷从a点移去b点后,a点的场强不变化.
(2)点电荷+Q所带的电荷量8.0×10-7C.
宇航员在探测某星球时有如下发现:(1)该星球带负电,而且带电均匀;(2)该星球表面没有大气;(3)在一次实验中,宇航员将一个带电小球(小球的带电量远小于星球的带电量)置于离星球表面某一高度处无初速释放,带电小球恰好能处于悬浮状态.如果选距星球表面无穷远处为电势零点,当宇航员在离星球表面同一高度把该带电小球以初速度v0水平抛出时,则对小球刚开始运动的一小段时间内的推断,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球处于悬浮状态时,库仑力和万有引力二力平衡,即k=G
当带电小球以初速度v0水平抛出时,上述方程仍然成立,说明小球受力平衡,做匀速直线运动,故A错误.
B、小球处于悬浮状态时,库仑力和万有引力二力平衡,库仑力是斥力,故小球一定带负电.故B错误.
C、选距星球表面无穷远处的电势为零,根据顺着电场线方向电势降低,可知小球所在处的电势小于零,根据电势能公式Ep=qφ知小球的电势能一定大于零;
由于电场力做正功,电势能将变小,故C正确;
D、库仑力对小球做正功,则小球的机械能增大,故D错误.
故选:C
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