- 电场:电流
- 共19537题
(2015秋•黔南州期末)如图所示,光滑绝缘竖直细杆与以正电荷Q为圆心的圆周交于B,C两点,一质量为m,电荷量为-q的空心小球从杆上A点从静止开始下落,设2AB=BC=2h,小球滑到B点时速度为
.求:
(1)小球滑至C点的速度;
(2)A,C两点的电势差.
正确答案
解:(1)因B、C是在电荷Q产生的电场中处在同一等势面上的两点,即φB=φC.
小球从B到C过程,由动能定理:
mg•2h=
又 vB=,联立解得:vC=
(2)A到C过程,由动能定理:
mg•3h+(-q)UAC=
解得:UAC=-
答:
(1)小球滑至C点的速度是;
(2)A,C两点的电势差是-.
解析
解:(1)因B、C是在电荷Q产生的电场中处在同一等势面上的两点,即φB=φC.
小球从B到C过程,由动能定理:
mg•2h=
又 vB=,联立解得:vC=
(2)A到C过程,由动能定理:
mg•3h+(-q)UAC=
解得:UAC=-
答:
(1)小球滑至C点的速度是;
(2)A,C两点的电势差是-.
如图所示,两段等长细线将质量分别为2m、m的小球A、B悬挂在O点,小球A受到水平向右的恒力4F的作用、小球B受到水平向左的恒力F的作用,当系统处于静止状态时,可能出现的状态应是( )
正确答案
解析
解:A受到4F水平向右的力,B受到F的水平向左的力
以整体为研究对象,分析受力如图.
设OA绳与竖直方向的夹角为α,则由平衡条件得
tanα==
以B球为研究对象,受力如图.设AB绳与竖直方向的夹角为β,则由平衡条件得
tanβ=
得到α=β
故选:B
如图所示,在匀强电场中,有边长为2m的等边三角形ABC,其中O点为该三角形的中心,各点的电势分别为φA=2V,φB=4V,φC=6V.则关于O点的电势φO及匀强电场的场强E正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由题意可知,如图,各点的电势分别为φA=2V,φB=4V,φC=6V.因此AC连线的中点电势即为4V,所以连接BD,即为等势线;根据等边三角形,可得,BD连线必经过O点,因此O点的电势也为4V.故A正确,B错误
C、由电场强度与电势差的关系式,可得,则有E=
故C正确,D错误
故选:AC
如图所示,O、B、A为一粗糙绝缘水平面上的三点,一电荷量为-Q的点电荷固定在O点,现有一质量为m,电荷量为+q的小金属块(可视为质点),从A点以初速度v0沿它们的连线向固定点电荷运动,到B点时速度最小,其大小为v.已知小金属块与水平面间的动摩擦因数为μ、AB间距离为L、静电力常量为k,则( )
正确答案
解析
解:A、由题意知,A到B过程,金属块做减速运动,B到O过程做加速运动,在B点金属块所受的滑动摩擦力与库仑力平衡,则有 μmg=k,得r=
.故A正确.
B、小金属块由A点向O点运动的过程中,电场力一直做正功,电势能一直减小.故B错误.
C、A到B过程,库仑力小于滑动摩擦力,库仑力增大,合力减小,加速度减小;B到O过程,库仑力大于滑动摩擦力,库仑力增大,合力增大,加速度增大;故C正确.
D、滑块从A到B过程,由动能定理得:qUAB-μmgL=mv2-
m
,
得A、B两点间的电势差 UAB=.故D错误.
故选:AC.
(2015秋•哈尔滨校级期中)如图,在足够长的绝缘水平直线轨道上,B点正上方h处的P点固定电荷量为+Q的点电荷甲.一质量为m、电荷量为+q的物块乙(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B点时速度为v,到C点时速度正好减为零,已知点电荷甲产生的电场在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°.AB=BC,物块乙与水平直线轨道的动摩擦因数为μ,静电力常数为k,由此可得( )
正确答案
解析
解:A、物块乙在A点时所受的静电力大小为:F=k =
,静电力功率的绝对值为 P=Fv0cos60°=
v0.故A正确.
B、根据对称性可知,电场力对物块乙在AB段做负功,在BC段做正功,大小相等,A到C电场力做的总功为0;A到B的过程与B到从C过程中摩擦力做的功相等,设A到B的过程克服摩擦力做的功是Wf,对A到C过程,由动能定理得:-2Wf=0-,得Wf=
mv02.故B正确.
C、设点电荷产生的电场在B点的电势为φB,A到B过程,由动能定理有:
-q(φB-φ)-Wf=mv2-
,解得:φB=
(v02-2v2)+φ.故C正确.
D、物体乙从B点运动到C点过程中电场力做正功,电势能减少,C点的电势不为零,乙到C点时电势能不为0.故D错误.
故选:ABC
两块大小、形状完全相同的金属板平行放置,构成一平行板电容器,与它相连接的电路如图所示,闭合开关S,电源即给电容器充电.
(1)若保持S闭合,减小两板间的距离,则两极板间的电场强度______;
(2)若断开S,减小两板间的距离,则极板上的电量______,两极板间的电场强度______.(填:“变大”、“不变”或“变小”)
正确答案
解:闭合开关S,待电路稳定后,电容器板间电压U不变,减小两板间的距离,根据E=得知,两板间电场的场强增大.
断开S后,在两板间插入一块介质,电容增大,而电容器的电量不变,则断开开关S,电容器的电量不变,根据推论E=得知,板间场强不变.
故答案为:(1)变大
(2)不变 不变
解析
解:闭合开关S,待电路稳定后,电容器板间电压U不变,减小两板间的距离,根据E=得知,两板间电场的场强增大.
断开S后,在两板间插入一块介质,电容增大,而电容器的电量不变,则断开开关S,电容器的电量不变,根据推论E=得知,板间场强不变.
故答案为:(1)变大
(2)不变 不变
如图所示,均可视为质点的三个物体A、B、C在倾角为30°的光滑斜面上,A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,质量分别为mA=0.43kg、mB=0.20kg、mC=0.50kg,其中A不带电,B、C的电量分别为qB=+2.0×10-5 C、qC=+7.0×10-5 C且保持不变,开始时三个物体皆能保持静止.现给A施加一平行斜面向上的力F,使A作加速度a=2.0m/s2的匀加速直线运动,经过时间t,力F变为恒力.已知静电常数k=9.0×109 N•m2/C2,g=10m/s2.
(1)求F的最大值;
(2)求时间t;
(3)在时间t内,力F做功WF=2.31J,求系统电势能的变化量△Ep.
正确答案
解:(1)对A受力分析,则有重力,弹力与拉力.处于匀加速状态,
根据牛顿第二定律,则有F-mAgsin30°=mAa
解得:F=3.01N
(2)ABC静止时,以AB为研究对象有:
(mA+mB)gsin30°=k 解得:L=2m
给A施加力F后,AB沿斜面向上做匀加速运动,AB分离时两者之间弹力恰好为零,对B用牛顿第二定律得:
k-mBgsin30°=mBa
解得 l=3m
由匀加速运动规律得:
l-L=at2
解得:t=1s
(3)AB分离时两者仍有相同的速度,设在时间t内电场力对B做功为WE,对AB用动能定理得:
WF-(mA+mB)gsin30°(l-L)+WE=(mA+mB)v2
又v=at
得:WE=2.1J
所以系统电势能的变化量△EP=-WE=-2.1J
答:(1)F的最大值为3.01N;
(2)F从变力到恒力需要的时间t是1s;
(3)在时间t内,力F做功WF=2.31J,求系统电势能的变化量△EP是-2.1J.
解析
解:(1)对A受力分析,则有重力,弹力与拉力.处于匀加速状态,
根据牛顿第二定律,则有F-mAgsin30°=mAa
解得:F=3.01N
(2)ABC静止时,以AB为研究对象有:
(mA+mB)gsin30°=k 解得:L=2m
给A施加力F后,AB沿斜面向上做匀加速运动,AB分离时两者之间弹力恰好为零,对B用牛顿第二定律得:
k-mBgsin30°=mBa
解得 l=3m
由匀加速运动规律得:
l-L=at2
解得:t=1s
(3)AB分离时两者仍有相同的速度,设在时间t内电场力对B做功为WE,对AB用动能定理得:
WF-(mA+mB)gsin30°(l-L)+WE=(mA+mB)v2
又v=at
得:WE=2.1J
所以系统电势能的变化量△EP=-WE=-2.1J
答:(1)F的最大值为3.01N;
(2)F从变力到恒力需要的时间t是1s;
(3)在时间t内,力F做功WF=2.31J,求系统电势能的变化量△EP是-2.1J.
(2015秋•德阳期末)如图所示,在平面直角坐标系中有一底角是60°的等腰梯形,坐标系中有方向平行于坐标平面的匀强电场,其中O(0,0)点电势为12V,A(1,
)点电势为9V,B(3,
)点电势为3V,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、因为AB平行于CD,并且四边形ABCD为底角是60°的等腰梯形,由几何知识得OC=2AB,根据U=Ed有:UOC=2UAB,即φO-φC=2(φA-φB),代入得:12-φC=2(9-3),得:φC=0V,故A错误,B正确;
CD、由上分析知,AB中点D的电势为:φD==6V,OC中点E的电势为:φE=
=6V,所以DE线是一条等势线,dDB=1cm,DB间的电势差为 U=3V.所以匀强电场的电场强度大小为:E=
=
=300V/m,故C正确,D错误.
故选:BC
如图,一负点电荷Q放在O点处,过O点取正交坐标x、y轴,点a、c在x轴上,
=2
;点b在y轴上,
=
.现将带正电的另一试探电荷q从a移至b,再从b移至c,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、由题,=
.点电荷在a或b点所受的电场力大小相同、方向不同.故A错误.
B、a、b两点位于点电荷电场的同一等势面上,电势相等,故B正确.
C、点电荷Q带负电,电场线从无穷远处指向负电荷,顺着电场线电势逐渐降低,可知,a点的电势低于c点的电势,而正电荷在电势高处电势能大,所以点电荷q在a点的电势能小于c点的电势能,故C正确.
D、由于ab电势相等,所以点电荷q从a移至b电场力不做功,而从b移至c电场力做负功,故D错误.
故选:BC.
如图所示,在竖直平面内的正方形ABCD区域内有平行于AB边的匀强电场,E、F、G、H是各边中点,其连线构成正方形,其中P点是EH的中点.一个带负电的粒子(不计重力)以初动能Ek从F点沿FH方向射入电场后恰好从D点射出.以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子从F点沿FH方向射入电场后恰好从D点射出,其轨迹是抛物线,则过D点做速度的反向延长线一定与水平位移交于FH的中点,而延长线又经过P点,所以粒子轨迹一定经过PE之间某点,故A错误.
B、粒子在电场中,电场力做正功,电势能减小,到达D点在电场方向获得的速度为,由x=2y可得,到达D点在电场方向获得的速度与初速度相同,故电场力做功为
Ek,粒子在D点的电势能比在F点少了Ek,故B正确
C、由类平抛知识可知,当竖直位移一定时,运动时间不变,水平速度变为原来的一半,则水平位移也变为原来的一半,粒子恰好从E点从AD边射出,故C正确;
D、若加一垂直ABCD区域向外的匀强磁场,带负电的粒子受到的电场力和洛伦兹力无法达到平衡,粒子不可能经过H点射出电场,故D错误.
故选:BC
A、B两带电平行板间电场强度E=6×103N/C,两板间距离为5cm,电场中P1点距A板0.5cm,B板接地,如图所示,那么P1点电势为______V.今将一个带电荷量为2×10-3C的带电粒子由P1点移到P2点,此过程电场力做功-9.6×10-2J,则P2点距离B板______cm.
正确答案
解:由公式U=Ed得UAB=6×103×5×10-2V=300V
两板间距离为5cm,电场中P1点距A板0.5cm,则P1点距B板的距离为4.5cm,
由公式U=Ed得UP1B=6×103×4.5×10-2=270V
由于B板接地且B极带正电,则P1点电势为-270 V.
带电荷量为2×10-3C的带电粒子由P1点移到P2点,此过程电场力做功-9.6×10-2 J,
则这两点的电势差为UP1P2==
V=-48V
所以P2点电势为-222V,
又因为UP2B=Ed′
所以d′==
m=-3.7cm
负号表示逆着电场线方向,
故答案为:-270,3.7.
解析
解:由公式U=Ed得UAB=6×103×5×10-2V=300V
两板间距离为5cm,电场中P1点距A板0.5cm,则P1点距B板的距离为4.5cm,
由公式U=Ed得UP1B=6×103×4.5×10-2=270V
由于B板接地且B极带正电,则P1点电势为-270 V.
带电荷量为2×10-3C的带电粒子由P1点移到P2点,此过程电场力做功-9.6×10-2 J,
则这两点的电势差为UP1P2==
V=-48V
所以P2点电势为-222V,
又因为UP2B=Ed′
所以d′==
m=-3.7cm
负号表示逆着电场线方向,
故答案为:-270,3.7.
(2015秋•福建校级期中)如图所示,三条平行且等间距的虚线表示电场中的三个等势面,其电势分别为10V、20V、30V.实线是一带电的粒子(不计重力)在该区域内运动的轨迹,对于轨迹上的a、b、c三点,已知:带电粒子带电量为0.01C,在a点处的动能为0.5J,则该带电粒子( )
正确答案
解析
解:A、场强方向向上,电场力向上,则为正电荷,则A错误
B、b点处的电势能φq=0.01×30=0.3J,则B错误
C、总能量守恒由a点处可知E=0.01×10+0.5=0.6J,则b点处的动能为:0.6-0.3=0.3J,则C错误
D、C点处的动能为为0.6-0.01×20=0.4J,则D正确
故选:D
(2015秋•太原期末)如图,两个电荷量均为q的正点电荷,固定在相距为L的a、b两点,O为ab连线的中点.过O作ab的垂直平分面,若在此平面上有一质量为m、电荷量为-q的点电荷c,仅在电场力的作用下以O为圆心,在半径为
L的圆周上做匀速圆周运动,则c的速率为( )
正确答案
解析
解:c做匀速圆周运动所需要的向心力由两个点电荷+q的库仑力的合力提供,对c进行受力分析如图所示,由于c到O点距离为 R=L,所以△abc是等边三角形,边长为 L.
a、b对c的库仑力大小为 F1=F2=k,合力为:F合=2Fcos30°=
.
由牛顿第二定律得:F合=m
即 =m
解得:v=q
故选:B
如图所示,不带电的金属球A固定在绝缘底座上,它的正上方B点处有 带电液滴不断地自静止开始落下,液滴到达A球后将电荷量全部传给A球,设前一液滴到达A球后,后一液滴才开始下落,不计B点未下落带电液滴对下落液滴的影响,设A所带电荷始终均匀分布在外表面.则下列叙述中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一滴液滴只受重力做自由落体运动,以后液滴将受力向上的电场力作用而做变加速运动,故A正确.
B、当液滴下落到重力等于电场力位置时,继续向下运动时电场力增大,电场力将大于重力,开始做减速运动,故B错误.
C、当液滴所受的电场力与重力相等时动能最大,则有:mg=k,x是动能最大的位置到A距离,由于A球的电荷量qA在不断增大,x增大,所以第一滴液滴以后的液滴动能最大的位置将不断上移,合外力做功不等,则最大动能不等,故C正确.
D、由于所有液滴下落过程中所受的电场力不等,若能到达A球,根据功的公式W=Fl可知,通过的位移相等,电场力做功不相等;若不能到达A球,液滴将返回到B点,电场力做功为零,即电场力做功相等,故D错误.
故选:AC.
如图所示,光滑绝缘细杆水平放置,A、B两点关于O点对称,细杆上穿有-个带负电的绝缘小球.细杆和小球放在电场中,电场的特点是:电场强度大小处处相等,电场线方向与细杆平行,其中A、B两点的电势都等于零.O点的电势最高.已知A、B两点与O点的距离都等于d,O点的电势等于φ0,带电小球质量为m、电荷量为-q.若带电小球在电场中以O为中心、沿杆做周期性运动,A、B为其运动的最远点.求:
(1)小球所受电场力的大小;
(2)小球经过O点时的速度大小;
(3)小球的运动周期.
正确答案
解:(1)由题,A、B两点的电势都等于零.O点的电势最高,则:UOA=φ0-0=φ0
则AO之间的电场强度:
所以:小球受到的电场力:F=qE=
(2)A到O的过程中电场力对小球做正功,则:
所以:
(3)小球从A到O的过程中电场力的冲量等于小球动量的增加,所以:
qEt=mv-0
所以:t=
根据运动的对称性可知,小球从O到B的时间与从A到O的时间是相等的,从B到A的时间与从A到B的时间是相等的,所以小球运动的周期:T=4t=
答:(1)小球所受电场力的大小是;
(2)小球经过O点时的速度大小是;
(3)小球的运动周期是.
解析
解:(1)由题,A、B两点的电势都等于零.O点的电势最高,则:UOA=φ0-0=φ0
则AO之间的电场强度:
所以:小球受到的电场力:F=qE=
(2)A到O的过程中电场力对小球做正功,则:
所以:
(3)小球从A到O的过程中电场力的冲量等于小球动量的增加,所以:
qEt=mv-0
所以:t=
根据运动的对称性可知,小球从O到B的时间与从A到O的时间是相等的,从B到A的时间与从A到B的时间是相等的,所以小球运动的周期:T=4t=
答:(1)小球所受电场力的大小是;
(2)小球经过O点时的速度大小是;
(3)小球的运动周期是.
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