- 电场:电流
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(2015秋•绵阳校级期中)如图所示,两段等长绝缘细线将质量分别为2m、m的带电小球A、B悬挂在O点,小球A的电量为+4q、小球B的电量为-q.现加上水平向右的匀强电场,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:A
如图所示,在一个匀强电场中有一个四边形ABCD,M为AD的中点,N为BC的中点,一个电荷量为3.0×10-7C带正电的粒子,从A点移动到B点,电场力做功为WAB=3.0×10-8J;将该粒子从D点移动到C点,电场力做功为WDC=5.0×10-8J.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、,故A错误.
B、C:因为电场是匀强电场,在同一条电场线上,M点的电势是A、D两点电势的平均值;N点的电势是B、C两点电势的平均值,即,
,所以:
WMN=qUMN=q(φM-φN)=q()=
=4×10-8J,故B正确、C错误.
D、A、B两点之间的电势差为0.1 V,但电场方向不一定沿着AB方向,故D错误.
故选:B
如图所示,在竖直平面固定一半径为R的绝缘细圆环,在圆环的水平直径两端固定着A、B两点电荷,质量为m的带电金属小球C(视为质点),通过长为L的绝缘细线悬挂在圆环的最高点,发现小球在垂直圆环平面的对称轴上处于平衡状态,已知A、B两点电荷所带的电荷量均为+q,静电力常量为k.求:
(1)绳对小球的拉力;
(2)小球带的电荷量.
正确答案
解:(1)由于对称性,点电荷A、B对小球的库仑力的合力F1方向水平向右,
小球受到重力mg、库仑力F1和细绳的拉力F作用,处于平衡状态,则有:
Fsinθ=mg,
则F=
(2)在水平方向有:F1=mgcotθ
根据库仑定律得:
解得:Q==
答:(1)绳对小球的拉力为;
(2)小球带的电荷量为.
解析
解:(1)由于对称性,点电荷A、B对小球的库仑力的合力F1方向水平向右,
小球受到重力mg、库仑力F1和细绳的拉力F作用,处于平衡状态,则有:
Fsinθ=mg,
则F=
(2)在水平方向有:F1=mgcotθ
根据库仑定律得:
解得:Q==
答:(1)绳对小球的拉力为;
(2)小球带的电荷量为.
如图所示,e f是边长为s的等边三角形abc的中线,在e、f点分别放置电荷量均为Q的正、负点电荷.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、+Q、-Q两个点电荷在A处产生的场强大小相等,夹角为120°,故A点的电场强度大小等于+Q或-Q点电荷在A处单独产生的场强大小,所以A点的场强大小为:
EA=k=
.故A错误.
B、ef的中垂线是一条等势线,则知a与g的电势相等,根据电场线的分布和顺着电场线电势降低,可知g点的电势高于c点的电势.则a点的电势高于c点的电势.故B正确.
C、由电场线的分布可知:eb间的电场强度比ea间的小,由U=Ed知电势差Ueb小于电势差Uea.故C错误.
D、b点的电势高于c点的电势,由Ep=qφ知正电荷在b点的电势能大于在c点的电势能,故D正确.
故选:BD.
(2015秋•太原校级月考)如图所示,虚线表示等势面,相邻两等势面间的电势差相等,有一带正电小球在该电场中运动,不计小球所受的重力和空气阻力,实线表示该小球的运动轨迹.已知小球在a点的动能等于29eV,运动到b点时的动能等于2eV,若取C点为零电势点,则这个带电小球的电势能等于-6eV时,它的动能等于( )
正确答案
解析
解:小球自a点运动到b时,电场力做负功:Wab=2eV-29eV=-27eV…①
由于相邻两等势面的电势差相等,故电势差的大小关系有:Uab=Uac…②
从b到c电场力做正功,根据动能定理有:Wbc=Ekc-Ekb…③
联立①②③可得:Ekc=11eV.
由于只有电场力做功,电势能和动能和保持不变,故在c点有:E=Ep+Ek=11eV
即电势能和动能之和为11eV,因此当电势能等于-6eV时动能为17eV,
故选:D
两个点电荷位于x轴上,在它们形成的电场中,若取无限远处的电势为零,则在正x轴上各点的电势如图中曲线所示.电势为零的点的坐标x0,电势为极小值-Φ0的点的坐标为ax0(a>2).(已知点电荷的电场中各点的电势Φ=k
,式中Q为点电荷的电量,r为距点电荷的距离)根据图线提供的信息,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在点电荷形成的电场中一点的电势与离开该点电荷的距离成反比;因为取无限远处为电势的零点,故正电荷在空间各点的电势为正;负电荷在空间各点的电势为负.现已知x=x0处的电势为零,故可知这两个点电荷必定是一正一负.故A正确;
B、C、根据所提供的电势的曲线,当考察点离坐标原点很近时,电势为正,且随x的减小而很快趋向无限大,故正的点电荷必定位于原点O处,以Q1表示该点电荷的电量.当x从0增大时,电势没有出现负无限大,即没有经过负的点电荷,这表明负的点电荷必定在原点的左侧.设它到原点的距离为a,当x很大时,电势一定为负,且趋向于零,这表明负的点电荷的电量的数值Q2应大于Q1.即产生题目所给的电势的两个点电荷,一个是位于原点的正电荷,电量为Q1;另一个是位于负x轴上离原点距离a处的负电荷,电量的大小为Q2,且Q2>Q1.按题目所给的条件有:
k-k
=0 (1)
(2)
因x=ax0时,电势为极小值,故任一电量为q的正检测电荷位于x=ax0处的电势能也为极小值,这表明该点是检测电荷的平衡位置,位于该点的检测电荷受到的电场力等于零,因而有:
(3)
由式(1)、(2)和(3)可解得
a=α(α-1)x0
式中k为静电力常量.故B正确,C正确;
D、Φ-x图象上某点的斜率表示电场强度大小,正负表示电场的方向,由图可知,在0-x0之间电场强度的方向沿x轴的正方向,而在大于x0的区域沿x轴的负方向.故D错误.
故选:ABC
(2015秋•福州校级月考)有4个形状完全相同的绝缘材料制成的1/4圆环,按下列图示排布,每个圆环的电荷量相等且分布均匀,而所带电荷的种类如图标示.这四种排布方式中,坐标原点O处电场强度最大的是( )
正确答案
解析
解:设每个圆环在O处产生的电场强度大小为E.
A、坐标原点O处电场强度是圆环产生的,大小为E.
B、坐标原点O处电场强度是第一象限带正电圆环和第二象限
带负电圆环叠加产生,坐标原点O处电场强度大小为
E.
C、第一象限带正电圆环和第三象限
带正电圆环产生电场相互抵消,所以坐标原点O处电场强度是E.
D、第一象限带正电圆环和第三象限
带正电圆环产生电场相互抵消,第二象限
带负电圆环和第四象限
带负电圆环产生电场相互抵消,所以坐标原点O处电场强度为零.
所以坐标原点O处电场强度最大的是B.故B正确
故选:B
两块带电的平行金属板相距10cm,两板之间的电势差为1.0×104V.在两板间与两板等距离处有一粒尘埃,带有-1.6×l0-7C的电荷.这粒尘埃受到的静电力是多大?这粒尘埃在静电力的作用下运动到带正电的金属板,静电力所做的功是多少?
正确答案
解:这颗尘埃受到的电场力为F=qE,而E=,
则:F=q=1.6×10-7×
=1.6×10-2N
这颗尘埃在电场力的作用下运动到带正电的金属板上,电场力所做的功为:
W=qU=1.6×10-7 C×5×103J=8×10-4J
答:这粒尘埃受到的静电力是1.6×10-2N,静电力所做的功是8×10-4J
解析
解:这颗尘埃受到的电场力为F=qE,而E=,
则:F=q=1.6×10-7×
=1.6×10-2N
这颗尘埃在电场力的作用下运动到带正电的金属板上,电场力所做的功为:
W=qU=1.6×10-7 C×5×103J=8×10-4J
答:这粒尘埃受到的静电力是1.6×10-2N,静电力所做的功是8×10-4J
(2015•博白县模拟)空间某区域内存在电场,电场线在某竖直平面内的分布如图所示.一个质量为m、电量为q的小球在该电场中运动,小球经过A点时的速度大小为v1,方向水平向右,运动至B点时的速度大小为v2,运动方向与水平方向之间的夹角为α.若A、B两点之间的高度差及水平距离均为h,则以下判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由电场线的疏密可判断出EA<EB.由电场线的方向可判断出φA>φB.所以EA<EB、φA>φB,故A错误.
B、在运动的过程中,由动能定理得,mgh+qU=,若v2>v1,qU可正可负,故B错误.
C、小球运动到B点时所受重力的瞬时功率等于重力与小球竖直方向的分速度的乘积,即P=mgv2sinα,故C错误;
D、由上式得,电场力做功W=qU=mv22-
mv12-mgh.故D正确.
故选:D
把带电量q=1.0×10-8C的正点电荷放入电场A处,受到电场力大小F=2.0×10-5N,则A处场强E=______N/C,当把该点电荷从A点移至另一处B点时,电势能减少了3.0×10-6J,则A.B两点间电势差为______V.
正确答案
2×104
300
解析
解:A点的场强为:E=
AB间的电势差为:
故答案为:2×104,300
如图所示,在四分之一的圆弧腔内存在径向的电场,且与圆心等距离处电场强度大小相等,M和N两端均有带小孔的挡板,且两个小孔到圆心距离相等.不同的带电粒子以不同的速度从M孔垂直挡板射入,则关于从N孔射出的粒子,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子在电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,知电场力的方向指向圆心,所以粒子带正电.故A正确.
B、根据牛顿第二定律得,qE=m,因为圆周运动的半径相等,若速度相同,则比荷相同,由于粒子的质量不一定相同,则电场力大小不一定相同,动能不一定相同.故C正确,BD错误.
故选:ACD
两个质量相同的小球用不可伸长的长为L的绝缘细线连结,置于场强为E的匀强电场中,小球1和小球2均带负电,电量分别为q1和q2(q1>q2),将细线拉直并使之与电场方向平行,如图所示,若将两球同时从静止状态释放,则释放后细线中的张力T为( )(不计重力,线长L远大于小球的线度)
正确答案
解析
解:对球1、2整体受力分析,根据牛顿第二定律得:
Eq1+Eq2=2ma,
对球2受力分析,由牛顿第二定律与库仑定律,可得:
T-+Eq1=ma,
两式联立得T=(q2-q1)E+
,故B正确,ACD错误;
故选:B.
如图所示,O点放一正点电荷Q,B、C是以O为圆心,以R为半径的竖直面内圆周上两点,B在O点正上方,O、C在同一水平线上,一质量为m,电荷量为-q的有孔小球自B点上方高R的A处自由释放,落到B点时,速度大小为
,若让它由A点沿光滑杆AC由静止滑下,求到C点时的速度多大?A、C两点的电势差为多少?
正确答案
解:小球从A到B的过程中,重力和库仑力都做功,由动能定理得:
mgR-qUAB=
解得:
由于B、C的电势相等,所以UAC=UAB=
小球从A到C的过程中,重力和库仑力都做功,由动能定理得:
2mgR-qUAC=
解得:
答:到C点时的速度为,A、C两点的电势差为
.
解析
解:小球从A到B的过程中,重力和库仑力都做功,由动能定理得:
mgR-qUAB=
解得:
由于B、C的电势相等,所以UAC=UAB=
小球从A到C的过程中,重力和库仑力都做功,由动能定理得:
2mgR-qUAC=
解得:
答:到C点时的速度为,A、C两点的电势差为
.
一个质子和一个α粒子(电荷量是质子的2倍,质量是质子的4倍)在同一个加速电场中由静止开始加速.它们离开加速电场时:
A.它们的动能之比为______
B.它们运动的时间之比为______.
正确答案
1:2
1:
解析
解:A、两个粒子从静止开始在同一匀强电场中加速,根据动能定理有:qU=Ek
所以质子与α粒子获得的动能之比等于它们的电量之比,即得:=
.
B、由qU=,得 v=
U相同,则知v与比荷的平方根成正比.α粒子的质量是质子的4倍,电荷量是质子的2倍,则质子与α粒子比荷之比为:2:1
故质子和α粒子获得的速度大小之比为:1.
由x=,x相同,则t与v成反比,所以它们运动的时间之比为1:
.
故答案为:A、1:2.B、1:.
匀强电场所在空间中有八个点,其中四个点构成正方形Ⅰ,另外四个点构成正方形Ⅱ,正方形Ⅰ、Ⅱ的中心重合,其边长之比为2:1,则正方形Ⅰ四个顶点的电势之和∑ΦⅠ和正方形Ⅱ四个顶点的电势之和∑ΦⅡ满足的关系是( )
正确答案
解析
解:选取任意正方形ABCD为研究对象,设匀强电场中的某一条电场线与AB之间的夹角为θ,如图.
以正方形的中心为0势能点,由图可知,B、D两点关于O点是对称的,结合U=Ed,所以可得:φD=-φB,同理:φC=-φA
∑Φ=φA+φB+φC+φD=0,与正方形的边长的大小无关,与正方形和电场线之间的夹角也无关,所以可知∑ΦⅠ=∑ΦⅡ.
故选:B
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