- 电场:电流
- 共19537题
如图倾角为30°的直角三角形的底边BC长为2L,处在水平位置,O为底边中点,斜边AB为光滑绝缘导轨,OD垂直AB.现在O处固定一带正电的物体,让一质量为m、带正电的小球从导轨顶端A静止开始滑下(始终不脱离导轨),测得它滑到D处受到的库仑力大小为F.则它滑到B处的速度大小为______和加速度的大小______.(重力加速度为g)
正确答案
2-
g
解析
解:由几何关系可得,D是AB线段的中点,OD是AB线段的中垂线,故BO=AO,故AB在同一等势面上,所以,q由A到B的过程中电场中电场力作功为零;
根据动能定理,得:
即:
在D点,电场力为:F==
;
在B点电 电场力为F为:=
;
在B点,电荷q受重力、电场力和支持力,在平行AB杆的方向,根据牛顿第二定律,有:
解得:a=2-
g
答:小球M滑到B处的速度,加速度的大小 2
-
g
如图所示,ABCDE为光滑绝缘的轨道面,其中AB端与DE段水平,C正上方有+Q的点电荷,有一电量为+q的点电荷从A到E,问:为何不是C点对轨道面的压力最大.
正确答案
解:小球在C点时受到+Q的库仑力最大,库仑力、重力和支持力的合力提供向心力,有:,N=
,而在水平面上运动时,没有向心力,支持力等于重力和库仑力在竖直方向上的分力之和,可知C点对轨道的压力不是最大.
答:由于C点重力、库仑力和支持力的合力提供向心力,知C点对轨道面的压力不是最大.
解析
解:小球在C点时受到+Q的库仑力最大,库仑力、重力和支持力的合力提供向心力,有:,N=
,而在水平面上运动时,没有向心力,支持力等于重力和库仑力在竖直方向上的分力之和,可知C点对轨道的压力不是最大.
答:由于C点重力、库仑力和支持力的合力提供向心力,知C点对轨道面的压力不是最大.
将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点,电场力做了3×10-5J的功,再从B移到C,克服电场力做了1.2×10-5J的功,则电荷从A移到B,再从B移到C的过程中电势能共______(填增大或减少)了______J.如果规定A点的电势能为零,则该电荷在B点和C点的电势能分别为______J和______J,A与B间的电势差是______.
正确答案
减少
1.8×10-5
-3×10-5
-1.8×10-5
-5V
解析
解:(1)负电荷从电场中的A点移动到B点,电场力做功为 WAB=3×10-5J,电势能减少△EPAB=3×10-5J;
从B点移动到C点,电场力做了WBC=-1.2×10-5J的功,电荷的电势能增加△EPBC=1.2×10-5J,所以电荷从A点移到B点,再从B点移到C点的过程中电势能减少
△EPAC=△EPAB-△EPBC=3×10-5J-1.2×10-5J=1.8×10-5J.
(2)规定A点的电势能为零,从A点到B点,负电荷的电势能减少△EPAB=3×10-5J,可知B点的电势能为 EPB=-3×10-5J;
电荷从A点到C点,电势能减少△EPAC=1.8×10-5J,则C点的电势能为 EPC=-1.8×10-5J;
根据电场做功的公式WAB=qUAB,所以.
故答案为:减少;1.8×10-5;-3×10-5;-1.8×10-5;-5V.
关于电场的下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、把一电荷从电场中的a点移到b点,电场力做功为零,故:=0,故AB在同一个等势面上,ab两点的场强可以不相等,但两点电势相等,故A错误,B正确;
C、匀强电场中任意两点的电势差,等于场强与沿电场线方向的距离的乘积,故C错误;
D、沿着电场线电势一定降低,但电势降低的方向不一定是场强的方向,故D错误.
故选:B
如图所示,a、b、c为电场中同一条水平方向电场线上的三点,c为ab中点,a、b电势分别φa=3V,φb=1V.下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当该电场是匀强电场时,由于沿电场方向相同距离电势差相等,则c点的电势一定为 φc==
V=2V.当该电场不是匀强电场时,在c点处的电势不一定为2V,故A错误;
B、一条电场线无法比较电场线的疏密,就无法比较场强的大小,由F=qE,知正电荷在a点所受电场力不一定大于在b点所受电场力.故B错误;
C、由题可判断电场线方向从a指向b,正电荷所受的电场力方向水平向左,即正电荷在c点时受到的电场力由c指向b,故C错误;
D、电场线方向从a指向b,正电荷从c点运动到b点时电场力由c指向b,则电场力做正功.故D正确.
故选:D
如图所示,两块不带电的竖直平行金属板相距为d,一个重为G的带电小球在重力作用下在两板间竖直下落,此时小球的运动轨迹是AB,当两板间加上电压U时,小球受力方向变成沿BC方向,则此小球所带的电荷量应是( )
正确答案
解析
解:由题意,结合图,可知电场力大小等于重力,即G=qE;
因E=,
那么q=G,
解得q=.
故选:C.
如图所示的曲线表示某一电场的电场线(未表明方向),把一带电荷量为2×10-8C的正点电荷从A点移至B点时,电场力做了6×10-4J的功,且在B点受到电场力为4×10-6N,试求:
(1)在图中标出每根电场线的方向并求出B的场强;
(2)该电荷在A、B两点中哪一点时的电势能大,从A点移至B点电势能改变了多少;
(3)A、B两点的电势差是多少?
正确答案
解:(1)正电荷从A到B的过程,电场力做正功,是从高电势移动正电荷到低电势处,所以A点的电势高于B点,电场线的方向如图.
;
(2)从A到B电场力做正功,电势能减小,故A点电势能大,电场力做功的数值与电势能的改变量大小相等:△W=-W电=-6×10-4J;
(3)两点间的电势差等于电场力对电荷做功与粒子所带电量的比值:UAB=V=3×104V
答:(1)在图中标出电场线的方向如图,B点的电场强度大小为200N/C;
(2)A点电势能大,该电荷从A点移到B点电势能减小6×10-4J.
(3)A、B两点的电势差是3×104V
解析
解:(1)正电荷从A到B的过程,电场力做正功,是从高电势移动正电荷到低电势处,所以A点的电势高于B点,电场线的方向如图.
;
(2)从A到B电场力做正功,电势能减小,故A点电势能大,电场力做功的数值与电势能的改变量大小相等:△W=-W电=-6×10-4J;
(3)两点间的电势差等于电场力对电荷做功与粒子所带电量的比值:UAB=V=3×104V
答:(1)在图中标出电场线的方向如图,B点的电场强度大小为200N/C;
(2)A点电势能大,该电荷从A点移到B点电势能减小6×10-4J.
(3)A、B两点的电势差是3×104V
(2015秋•湖北期中)如图所示,长度为l的绝缘细线将质量为m、电量为q的带正电小球悬挂于O点,整个空间 中充满了匀强电场.(取sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)当电场方向竖直向上时,若使小球在A点获得水平速度v1=,小球刚好能在竖直平面内做完整的圆周运动,求电场强度E1;
(2)当电场方向水平,且电场强度E2=时,要不能让细线松弛,求小球在A点获得的水平速度v2应该满足的条件.
正确答案
解:(1)当电场力qE1<mg时,小球在最高点的速度v最小,若小球刚好能通过最高点,
则在最高点有:mg-qE1=m
从最低点到最高点,由动能定理得:-(mg-qE1)•2l=
解得 E1=
当电场力qE1>mg时,小球在最低点的速度v最小,若小球刚好能通过最低点,则在最低点有:qE1-mg=m
解得 E1=
联立可得要使小球做完整的圆周运动,电场强度应满足:≤E1≤
.
(2)当电场方向水平,且E2=时,小球所受重力为mg、电场力qE2的合力大小为
F==
mg,与水平方向的夹角θ满足tanθ=
=
如果小球获得水平速度v2后刚好能做完整的圆周运动,在速度最小的位置B(如图)满足
F=m
小球从A点运动到B点,由动能定理得:
-mgl(1+sinθ)-qE2lcosθ=-
联立解得 v2=
如果小球获得水平速度v2后来回摆动,则小球刚好能到达C点或D点(如上图),则小球从A点运动到C点,由动能定理得:
-mgl(1+cosθ)+qE2lsinθ=0-
或小球从A点运动到D点,由动能定理得:
-mgl(1-cosθ)-qE2lsinθ=0-
解得 v2=
综合可得,v2≥或v2≤
细线均不会松驰
答:(1)小球刚好能在竖直平面内做完整的圆周运动,电场强度E1应满足≤E1≤
.
(2)当电场方向水平,且电场强度E2=时,要不能让细线松弛,小球在A点获得的水平速度v2应该满足的条件是v2≥
或v2≤
.
解析
解:(1)当电场力qE1<mg时,小球在最高点的速度v最小,若小球刚好能通过最高点,
则在最高点有:mg-qE1=m
从最低点到最高点,由动能定理得:-(mg-qE1)•2l=
解得 E1=
当电场力qE1>mg时,小球在最低点的速度v最小,若小球刚好能通过最低点,则在最低点有:qE1-mg=m
解得 E1=
联立可得要使小球做完整的圆周运动,电场强度应满足:≤E1≤
.
(2)当电场方向水平,且E2=时,小球所受重力为mg、电场力qE2的合力大小为
F==
mg,与水平方向的夹角θ满足tanθ=
=
如果小球获得水平速度v2后刚好能做完整的圆周运动,在速度最小的位置B(如图)满足
F=m
小球从A点运动到B点,由动能定理得:
-mgl(1+sinθ)-qE2lcosθ=-
联立解得 v2=
如果小球获得水平速度v2后来回摆动,则小球刚好能到达C点或D点(如上图),则小球从A点运动到C点,由动能定理得:
-mgl(1+cosθ)+qE2lsinθ=0-
或小球从A点运动到D点,由动能定理得:
-mgl(1-cosθ)-qE2lsinθ=0-
解得 v2=
综合可得,v2≥或v2≤
细线均不会松驰
答:(1)小球刚好能在竖直平面内做完整的圆周运动,电场强度E1应满足≤E1≤
.
(2)当电场方向水平,且电场强度E2=时,要不能让细线松弛,小球在A点获得的水平速度v2应该满足的条件是v2≥
或v2≤
.
如图所示,竖直固定放置的光滑绝缘杆上O点套有一个质量为m、带电量为-q的小环.在杆的左侧固定一个带电量为+Q的点电荷,杆上a、b两点与Q正好构成等边三角形.已知Oa之间距离为h1,ab之间距离为h2,静电常量为k.现使小环从图示位置的O点由静止释放,若通过a点的速率为
.试求:
(1)小环运动到a点时对杆的压力大小及方向;
(2)小环通过b点的速率.
正确答案
解:(1)由库仑定律可得,小环运动到a点时所受库仑力为:F=,方向由a指向Q.
设r为Q到a点的距离,依题意r=h2,所以:F=.
杆对小环的支持力:N=Fcos30°=,方向水平向右.
由牛顿第三定律可知,小环对杆的压力大小:N′=N=,方向水平向左.
(2)小环从a运动到b的运动过程,根据动能定理,有:
由于Qa=Qb,所以:Uab=0
可得:
答:(1)小环运动到a点时对杆的压力大小为,方向水平向右;
(2)小环通过b点的速率为.
解析
解:(1)由库仑定律可得,小环运动到a点时所受库仑力为:F=,方向由a指向Q.
设r为Q到a点的距离,依题意r=h2,所以:F=.
杆对小环的支持力:N=Fcos30°=,方向水平向右.
由牛顿第三定律可知,小环对杆的压力大小:N′=N=,方向水平向左.
(2)小环从a运动到b的运动过程,根据动能定理,有:
由于Qa=Qb,所以:Uab=0
可得:
答:(1)小环运动到a点时对杆的压力大小为,方向水平向右;
(2)小环通过b点的速率为.
(2015秋•哈尔滨校级期末)如图所示,在空间中有平行xOy平面的匀强电场,一群带正电粒子(电荷量为e,重力不计,不计粒子间相互作用)从P点出发,可以到达以原点O为圆心、R=25cm为半径的圆上的任意位置,比较圆上这些位置,发现粒子到达圆与x轴正半轴的交点A时,动能增加量最大,为60eV,已知∠OAP=30°.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、到达A点的质子动能增加量最大,电场力做功最大,说明等势面在A点与圆相切(否则一定还可以在圆上找到与A点电势相等的点,质子到这点与A点电场力做功一样,动能的增加量是一样的,这与到达A点时的动能增加量最大相矛盾),也就是等势面与y轴平行,所以电场线与x轴平行,沿x轴正方向,故AC错误
B、PA间的电势差为:UPA=
由 UPA=Ecos37°=E•(2Rcos37°)cos37°,
解得:E=187.5V/m,故B错误,D正确
故选:D
(2015秋•顺德区校级期中)对于电场中A、B两点,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、电势差的定义式为UAB=,运用比值法定义,岙电势差与试探电荷无关,由电场本身决定,不能说明:电势差UAB与电场力做功WAB成正比.故A错误;
BC、由UAB=,知q=+1C时,UAB=WAB,即A、B两点间的电势差等于将单位正电荷从A点移到B点电场力所做的功,故B错误,C正确.
D、电荷电势能的变化总等于电场力所做的功,与其他力做功无关,故D错误;
故选:C
(2015秋•普陀区月考)如图,水平圆的半径为R,两直径AB和CD垂直,O为圆心,OP是过圆心的竖直线.圆上A、B、C、D四点处各分布着四个带电量均为q的正电荷,把一个带电量也为q的带正电的小球(看作点电荷)放在OP上的Q点,小球刚好能静止,Q点到圆心O的距离也为R.现把此小球从Q点上方的E点静止释放,小球能运动到Q点下方的最低点F(E、F点未画出).已知E、F两点间的距离为h,静电常数为k,重力加速度为g.则小球的质量为______,E、F两点间的电势差为______.
正确答案
解:小球能在Q点静止,由平衡条件得 cos45°×4=mg,解得m=
;
小球从运动到F的过程,由动能定理得 mgh+qUEF=0,联立解得 UEF=-
故答案为:,-
.
解析
解:小球能在Q点静止,由平衡条件得 cos45°×4=mg,解得m=
;
小球从运动到F的过程,由动能定理得 mgh+qUEF=0,联立解得 UEF=-
故答案为:,-
.
理论研究表明,无限大的均匀带电平面在周围空间会形成与平面垂直的匀强电场,若均匀带电平面单位面积所带电荷量为e,则产生匀强电场的电场强度的大小E=
,现有两块无限大的均匀绝缘带电平板如图所示放置,A1B1两面带正电,A2B2两面带负电,且单位面积所带电荷量相等(设电荷不发生移动),A1B1面与A2B2面成60°,并且空间被分成了四个区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与Ⅳ,若四个区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ内的电场强度的大小分别为E1、E2、E3和E4,图中直线A1B1和A2B2分别为带正电平面和带负电平面与纸面正交的交线,O为两交线的交点,C、D、F、G恰好位于纸面内正方形的四个顶点上,且GD的连线过O点,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、产生匀强电场的电场强度的大小E=,故再I和IV象限内合场强为两板产生场强的叠加,再I象限内两场强夹角为60°,在IV象限内两场强夹角为120°,根据合成可知E1=
E4,故A错误,B正确;
C、在GD线上,电场线垂直于GD线斜向上,故GD线为等势面,故CF两点电势不同,故C错误;
D、通过场强的叠加可知,场强大体有C指向F,F点电势最低,负电荷在电势低的地方电势能越大,故D正确;
故选:BD
如图所示,在光滑绝缘的水平面上,有一静止在A点质量为m=1×10-3kg、带负电q=0.01C的小球,现加一水平方向的匀强电场使小球由A点运动到B点,电场力做功为W=0.2J,已知A、B两点间距离为L=0.1m,
(1)判断匀强电场的场强方向;
(2)求A、B间的电势差UAB;
(3)求电场强度的大小
(4)求小球到达B点时的速率.
正确答案
解:(1)带负电的小球静止在电场力作用下从A运动到B,说明小球所受电场力方向从A向B,因小球带负电,故电场强度方向的从B至A.
(2)由题意知,q=-0.01C,WAB=0.2J,因为电场力做功为:WAB=qUAB
所以AB间的电势差为:
(3)根据电场强度与电势差的关系,场强为:
E=
(3)从A至B只有电场力做功,根据动能定理有:
所以小球到达B点时的速率为:
答:(1)电场强度方向从B指向A;
(2)A、B间的电势差UAB为-20V;
(3)电场强度的大小为200V/m;
(4)小球到达B点时的速率为20m/s.
解析
解:(1)带负电的小球静止在电场力作用下从A运动到B,说明小球所受电场力方向从A向B,因小球带负电,故电场强度方向的从B至A.
(2)由题意知,q=-0.01C,WAB=0.2J,因为电场力做功为:WAB=qUAB
所以AB间的电势差为:
(3)根据电场强度与电势差的关系,场强为:
E=
(3)从A至B只有电场力做功,根据动能定理有:
所以小球到达B点时的速率为:
答:(1)电场强度方向从B指向A;
(2)A、B间的电势差UAB为-20V;
(3)电场强度的大小为200V/m;
(4)小球到达B点时的速率为20m/s.
质量为m、电荷量为+q的小球从某一点静止释放,运动t秒后空间出现竖直方向的匀强电场,再经过t秒,小球又回到出发点,不计空气阻力且始终没有落地,求电场强度E.
正确答案
解:小球先做自由落体运动,后做匀减速运动,两个过程的位移大小相等、方向相反.
设加电场后小球的加速度大小为a,取竖直向下方向为正方向,则:
gt2=-(vt-
at2)
又因有:v=gt
解得:a=3g,
则小球回到A点时的速度为:v′=v-at=-2gt
由牛顿第二定律得:a=
解得:qE=4mg.
则电场强度为:E=
答:电场强度E为.
解析
解:小球先做自由落体运动,后做匀减速运动,两个过程的位移大小相等、方向相反.
设加电场后小球的加速度大小为a,取竖直向下方向为正方向,则:
gt2=-(vt-
at2)
又因有:v=gt
解得:a=3g,
则小球回到A点时的速度为:v′=v-at=-2gt
由牛顿第二定律得:a=
解得:qE=4mg.
则电场强度为:E=
答:电场强度E为.
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