- 电场:电流
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(2015秋•保定期末)如图所示,长为L的枕形导体原来不带电,O点时其几何中心,将一个带正电,电荷量为Q的点电荷放置在导体左端R处,由于静电感应,枕形导体的a、b端分别出现感应电荷,k为静电力常量,则( )
正确答案
解析
解:A、当达到静电平衡时导体中心O点的场强为0,则导体两端的感应电荷和点电荷Q在O点产生的场强大小相等、方向相反,所以导体两端的感应电荷在O点产生的场强大小不等于0.故A错误.
B、电荷量为Q的点电荷在O点产生的场强大小等于,由上分析可得,导体两端的感应电荷在O点产生的场强大小等于
.故B正确.
C、闭合S,大地中的电子在点电荷Q的吸引力作用下从大地流向枕形导体.故C错误.
D、当达到静电平衡时整个导体是一个等势体,则导体a端电势等于b端电势,即φa=φb.故D错误.
故选:B
(2015秋•吉林校级月考)两质量为m的小球,A带电+q,B不带电,两球静止放在光滑水平面上,且相距l,现在空间沿AB方向加一个电场强度大小为E是匀强电场,t=0时刻,A开始受电场力运动.经过一段时间,A、B间第一次发生弹性正碰(即发生速度交换),无电量转移,以后A、B之间的碰撞都是弹性碰撞.重力加速度为g,求
(1)A、B第一次刚 要发生碰撞时,A球的速度多大?
(2)从A、B第一次发生碰撞到第二次碰撞经历时间为多少?
(3)求从第1次碰撞结束到第19次碰撞刚要发生所经历的时间是多少?
正确答案
解:(1)从A球开始运动到第一次碰撞之前,对A,由动能定理有
qEl=
可得 v1=
(2)第一次发生碰撞后两球交换速度,A的速度变为0,B的速度变为v1,设小球A的加速度为a,第一次碰后结束到第二次发生碰撞前瞬间经过时间为t2,则
根据牛顿第二定律知:qE=ma
由位移时间关系有:v1t2=
解得 t2=
(3)设第二次发生碰撞前A的速度为v2,则 v2=at2=2v1;
当A、B第二次碰撞后交换速度,B的速度变为2v1,A的速度变为v1;第三次碰撞又是相差v1的速度开始,A加速追击B,所以所用时间与t2相同,以此类推,第1次正碰到第19次正碰之间的时间 t19=t18=…=t2=
故总时间 t=18t2=
答:
(1)A、B第一次刚 要发生碰撞时,A球的速度是.
(2)从A、B第一次发生碰撞到第二次碰撞经历时间为.
(3)从第1次碰撞结束到第19次碰撞刚要发生所经历的时间是.
解析
解:(1)从A球开始运动到第一次碰撞之前,对A,由动能定理有
qEl=
可得 v1=
(2)第一次发生碰撞后两球交换速度,A的速度变为0,B的速度变为v1,设小球A的加速度为a,第一次碰后结束到第二次发生碰撞前瞬间经过时间为t2,则
根据牛顿第二定律知:qE=ma
由位移时间关系有:v1t2=
解得 t2=
(3)设第二次发生碰撞前A的速度为v2,则 v2=at2=2v1;
当A、B第二次碰撞后交换速度,B的速度变为2v1,A的速度变为v1;第三次碰撞又是相差v1的速度开始,A加速追击B,所以所用时间与t2相同,以此类推,第1次正碰到第19次正碰之间的时间 t19=t18=…=t2=
故总时间 t=18t2=
答:
(1)A、B第一次刚 要发生碰撞时,A球的速度是.
(2)从A、B第一次发生碰撞到第二次碰撞经历时间为.
(3)从第1次碰撞结束到第19次碰撞刚要发生所经历的时间是.
空间中有一匀强电场,在电场中建立如图所示的直角坐标系o-xyz,M,N为电场中的两个点.M点坐标为(0,-a,0),N点坐标为(
a,0,
a).已知电场强度大小为E,方向平行于平面xoy,且于x轴正方向夹角为45°,现将一电量为+q的试探电荷由M点沿某一路径移至N点,在此过程中,电场力做的功为( )
正确答案
解析
解:匀强电场场强方向平行于平面xoy,过N点作平面xoy 的垂线,垂足记为N1,N1与N等电势.在平面xoy内过M点和N1点作电场线的垂线,垂足分别为M1和N2,则M1、M等电势,N2、N1、N等电势.将一电量为+q的试探电荷由M点沿某一未知路径移至N点的过程中电场力做的功等于将其由M1沿某电场线方向移至N2过程中电场力做的功.根据几何关系,M1N2=a,由W=Eqd得:电场力做的功为:W=(
)qEa
故选:C.
真空中,如图1在直角坐标系y轴上关于坐标原点O对称的两点固定有两点电荷,两点电荷所形成的电场在x轴上各点电势φ随x坐标变化的图线如图2所示,其图线关于纵轴对称,C、B为x轴上的两点,C与坐标原点O间距离大于B与坐标原点O间距离,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若两电荷为等量的负电荷,两电荷的垂直平分线与y轴的交点处的电势最低,而图2中可知,两电荷的垂直平分线与y轴的交点处的电势最高.则可能为等量的正电荷.故A错误;
B、根据电场强度与电势的关系:E=可知,图线的斜率可以表达电场强度的大小,而推广图线不能直接比较出B与C哪一点的斜率大.故B错误;
C、由图1 可知,B点距离O比较近,结合图2可知,B点的电势高,则电子在B点的电势能小,将一电子由B点静止释放,电荷仅在电场力作用下不可能运动到C点.故C错误;
D、结合等量同种点电荷的特点可知,在两个电荷的连线的垂直平分面上,电子受到的电场力的方向始终指向0点,所以将一电子从B点以某一速度射入电场,使它受到的电场力恰好等于需要的向心力,则仅在电场力作用下有可能作匀速圆周运动.故D正确.
故选:D
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Ep随位移x变化的关系如图所示,其中0~x2段是关于直线x=x1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、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
,x1处切线斜率为零,则x1处电场强度为零,故A正确;
B、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B正确,C错误;
D、0与x2处电势能相等,根据Ep=qφ可知0与x2处电势φ0、φ2的关系为φ0=φ2,故D正确;
故选:ABD.
一个正点电荷Q静止在正方形的一个顶点上,另一个带电质点射入该区域时,仅受电场力的作用恰好能依次经过正方形的另外三个顶点a、b、c,如图所示,则有( )
正确答案
解析
解:A、粒子P在a、b、c三点时的加速度大小要根据库仑定律求出库仑力.由图可知,ra=rc=,
代入库仑定律:F=k,
可得:=
=
;而a与c点的电场力相等;由a=
可知,加速度之比应为:2:1:2;故A错误
B、电荷受到的合力指向轨迹的内侧,根据轨迹弯曲方向判断出粒子与固定在O点的电荷是异种电荷,它们之间存在引力,所以质点由a到b电场力做负功,电势能增加,动能减小;由b到c电场力做正功,动能增大,在b点动能最小;故B错误;
C、根据点电荷的电场线的特点,Q与ac距离相等,都小于b,故B点的电势低于ac两点的电势;Ea=Ec=;Eb=
Ea,故C正确;
D、由C的方向可知,带电粒子abc三个点受到的电场力大小不相等,所以不可能其经过a、b、c三点做匀速圆周运动.故D错误.
故选:C
(2015秋•连江县校级期中)如图所示,A、B、C三点的连线构成一个等腰直角三角形,∠A是直角.在B点放置一个电荷量为+Q的点电荷,测得A点的电场强度大小为E.若保留B点的电荷,再在C点放置一个电荷量为-Q的点电荷,则A点的电场强度大小等于( )
正确答案
解析
解:正电荷Q在A点产生的场强为E,沿BA方向,负电荷Q在A点产生的场强也为E,方向沿AC方向,根据场强的叠加可知:
故选:C
1951年,物理学家发现了“电子偶数”,所谓“电子偶数”就是由一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统,已知正负电子的质量均为m,普朗克常数为h,假设“电子偶数”中正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径为r,运动速度为v及电子的质量满足量子化理论:2mevern=(2π),n=1,2…“电子偶数”的能量为正负电子运动的动能和系统的电势能之和,已知两正负电子相距为L时的电势能为E
,试求n=1时“电子偶数”的能量?
正确答案
解:电子绕质量中心转动,库仑力提供向心力有:,其中L=2r
故:,根据2mevern=
(2π),n=1,2…
上两式相比得:,代入下式中,
E=
所以E=-m()2,所以E1=-
;
答:n=1时“电子偶数”的能量为-.
解析
解:电子绕质量中心转动,库仑力提供向心力有:,其中L=2r
故:,根据2mevern=
(2π),n=1,2…
上两式相比得:,代入下式中,
E=
所以E=-m()2,所以E1=-
;
答:n=1时“电子偶数”的能量为-.
如图所示,ABC为竖直平面内光滑绝缘框架,B、C两点在同一水平面内.套在AB杆上的质量为m带正电的小圆环由A点静止释放,滑到B点时速度为v0.若空间加一与ABC平行的匀强电场,圆环仍由A点静止释放,滑到B点时速度为
v0,将小圆环套在A C杆上,从A点静止释放,滑到C点时速度为
v0,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:无电场时由A到B:mgh=m
…①
有电场时由A到B:mgh+WE=m(
v0)2…②
有电场时由A到C:mgh+WE′=m(
v0)2…③
由①②③可得:WE=m
=m
又 WE=UABq
=UACq
则:UAB=UAC.
A、B,C不是等电势点,则电场线不与BC垂直,则A错误;
B、因B为AC的中点,则滑到B点电场力做功为到C点的一半,为mv02,mv02,则B正确;
C、因UAB=UAC,但不能确定B点电势是C点电势2倍,则C错误;
D、因UAB=UAC,则A、C两点间电势差是A、B两点间电势差的2倍,则D正确;
故选:BD.
如图所示,在光滑绝缘的水平面上有两个大小相同、质量分别为m和4m的带电小球1和小球2,两球所带电荷量分别为q和4q,当两球间的距离d>L时,库仑力可以忽略.现球1静止,球2以速度v0从相距为d(d>L)的位置沿两球球心连线向球1运动,若运动过程两球始终没有接触,求:
(1)当两球组成的系统具有最大电势能时,球1和球2的速度分别是多大?
(2)系统最大电势能是多少?
(3)两球再次相距d时,两球的速度大小?
正确答案
解:(1)当两球速度相等时,系统具有最大电势能Ep,设此时两球的速度为v,根据动量守恒定律有:
4mv0=mv+4mv
可解得:
(2)系统减少的动能转化为电势能,有:Ep=△Ek
联立解得:
=
(3)当两球再次相距d时,库仑力可以忽略,电势能为零,系统动量、动能守恒.设两球速度分别为v1、v2,则有:
4mv0=mv1+4mv2
联立解得:
答:(1)当两球组成的系统具有最大电势能时,球1和球2的速度分别都是
(2)系统最大电势能是
(3)两球再次相距d时,两球的速度大小分别为
解析
解:(1)当两球速度相等时,系统具有最大电势能Ep,设此时两球的速度为v,根据动量守恒定律有:
4mv0=mv+4mv
可解得:
(2)系统减少的动能转化为电势能,有:Ep=△Ek
联立解得:
=
(3)当两球再次相距d时,库仑力可以忽略,电势能为零,系统动量、动能守恒.设两球速度分别为v1、v2,则有:
4mv0=mv1+4mv2
联立解得:
答:(1)当两球组成的系统具有最大电势能时,球1和球2的速度分别都是
(2)系统最大电势能是
(3)两球再次相距d时,两球的速度大小分别为
电场中某一电场线为一直线,线上有A、B、C三个点,把电荷q1=10-8C从B点移到A点时电场力做了10-7J的功;电荷q2=-10-8C,在B点的电势能比在C点时大10-7J,那么:
(1)比较A、B、C三点的电势高低,由高到低的排序是______;
(2)A、B两点间的电势差是______ V;
(3)若设B点的电势为零,电荷q2在A点的电势能是______ J;
(4)在电场中有A、B两点,它们的电势分别为φA=-100V,φB=200V,把电荷量q=-2.0×10-7C的电荷从A点移动到B点,是电场力做功为______.
正确答案
φC>φB>φA
-10V
1×10-7J
6×10-5J
解析
解:(1)(2)根据电势差的定义式U=得到BA间电势差:
UBA==
=10V,说明B点的电势比A点高10V;
故A、B两点间的电势差为-10V;
BC间电势差UBC==
=-10V,说明B点的电势比C点低10V;
故A、B、C三点的电势高低顺序是:φC>φB>φA.
A、C两点间的电势差UAC=UAB+UBC=-10V-10V=-20V
(3)设B点的电势为零,A点的电势为φA=-10V
电荷q2在A点的电势能是Ep=q2φA=-10-8×(-10)J=1×10-7J
(4)电场力做的功:WAB=qUAB═-2.0×10-7C×(-100V-200V)=6×10-5J
故答案为:
(1)φC>φB>φA;
(2)-10;
(3)1×10-7;
(4)6×10-5J.
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t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、由平均速度关系可知,设下落t秒时的速度为v,再次回到A点时的速度大小为vx则满足,即第二次回到A点时的速度大小vx=2v,为下落t秒时的2倍,
物体做自由落体运动的过程中:v=gt ①
增加电场后的加速度a′,则:vx=-v+a′t ②
比较①②可得,上升加速度a′为自由落体加速度的3倍.
由牛顿第二定律得:F电-mg=ma′,F电=ma′+mg=4mg,电场力为重力的4倍.
电场力做功对应电势能变化:W=Fh=4mg×,B正确,A错误:
C、减速时候加速度为自由下落时3倍,所以时间为自由下落的三分之一,总位移为,所以重力势能变化为△Ep=
,则C正确.
D、最低点时小球速度为零,所以加电场开始到最低点时,动能变化△Ek=,则D错误:
故选:BC
氢原子的核外电子质量为m,电量为-e,在离核最近的轨道上运动,轨道半径为r1,则电子运动的动能Ek=______,电子绕核运动的频率f=______,若电子绕核在如图所示xy平面上沿→→→方向转动,电子转动相当于环形电流,则此电流的方向______(填“顺时针”或“逆时针”)电流强度I=______.
正确答案
顺时针
解析
解:原子核对电子的库仑力提供向心力,由牛顿第二定律及库仑定律得:=
则电子运动的动能为:Ek=mv2=
原子核对电子的库仑力提供向心力,由牛顿第二定律及库仑定律得:=m
电子绕核转动的频率为:f==
电子绕核在如图所示xy平面上沿→→→方向转动,电子转动相当于环形电流,则此电流的方向顺时针.
根据电流表达式为:I=,
则有:I=ef=.
故答案为:,
,顺时针,
.
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( )
正确答案
解析
解:A、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A错误;
B、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,当电场力竖直向上时与重力大小相等,故此时电场强度E=
,故BC正确;
D、根据动能定理得:-mgLsinθ+qUAC=m
-
m
=0,得到:
UAC=,故D错误;
故选:BC
如图所示,在水平放置的平行板电容器形成的匀强电场中,MN两点之间的连线与竖直方向的夹角为60°.把带电量为q=1.5×10-8C的点电荷由M点移到N点,电场力做了0.5-5J的功.MN长为0.02m,
(1)MN两点的电势差;
(2)匀强电场强度.
正确答案
解:(1)M、N 两点的电势差为:
UMN=
(2)电场强度为:
E=
方向为:垂直于极板,由A板指向B板(或竖直向下).
答:(1)M、N两点的电势差UMN为.
(2)电场强度的大小为,方向垂直于极板,由A板指向B板(或竖直向下).
解析
解:(1)M、N 两点的电势差为:
UMN=
(2)电场强度为:
E=
方向为:垂直于极板,由A板指向B板(或竖直向下).
答:(1)M、N两点的电势差UMN为.
(2)电场强度的大小为,方向垂直于极板,由A板指向B板(或竖直向下).
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