- 电场:电流
- 共19537题
(2015秋•合肥校级期中)以下对“静电场”一章中几个公式的理解,错误的是( )
正确答案
解析
解:A、电容C由电容器本身决定,与U、Q无关.故A错误;
B、由E=可知,同一个电容器(d不变)两板电势差U越大时板内电场强度E越强,故B正确;
C、在公式F=中,则有E=
=
,因此
是q1所在位置的电场强度的大小,故C正确;
D、公式WAB=qUAB中,电荷q沿不同路径从A点移动到B点,但静电力做功相同,故D错误;
本题选错误,故选:AD
匀强电场中的三点A、B、C是一个三角形的三个顶点,AB的长度为0.8m,D为AB的中点,如图所示.已知电场线的方向平行于△ABC所在平面,A、B、C三点的电势分别为14V、6V和2V.设场强大小为E,一带电荷量为1×10-6 C的正电荷从D点移到C点电场力所做的功为W,则( )
正确答案
解析
解:由题匀强电场中,由于D为AB的中点,则D点的电势为:
φD==10V,
电荷从D点移到C点电场力所做的功为:
W=qUDC=q(φD-φC)=1×10-6×(10-2)J=8×10-6J.
AB的长度为0.8m,由于电场强度的方向并不是沿着AB方向,所以AB两点沿电场方向的距离d<0.8m
匀强电场中两点电势差与两点沿电场方向的距离成正比,即:U=Ed
所以有:E=>10 v/m
故选:C
在光滑水平面上有质量均为lkg,半径均为5cm的A、B两个小球.如图所示,小球.A从很远处以水平速度v0=2m/s向右正对B球运动,从某时刻两小球间开始有F=2N的恒定引力作用.在经过一段时间后,两球间距缩小4m,从此时刻起,两球间开始有F‘=2N的恒定斥力作用.
(1)两球从开始有引力作用到开始有斥力作州经历时间为多少?
(2)为了使两球不相碰,开始有斥力时两球球心间距离应满足什么条件?
正确答案
解:(1)当两球间有引力作用时,设两球的加速度大小分别为:aA和aB.由牛顿第二定律得:
aA=aB==
=2m/s2.
再由位移关系得:vAt++
=4
联立解得 t=1s
(2)设两球开始时有斥力作用时的速度大小分别为vA和vB,则
vA=v0+aAt,vB=aBt;
分析两球的运动情况:两球间开始有斥力后,A球先做匀减速运动,B球先做匀减速运动到速度为零,后再反方向加速,两球速度相等之前,两球间的距离一直减小,之后就逐渐增大,如果在两球速度相等之前不相碰,以后就不会相碰.设这段时间为t′,共同速度为v,开始有斥力时两球球心间距离为S,两球的加速度大小仍相同,并为aA=aB=2m/s2.
取vA的方向为正方向,v=vA-aAt′,v=-vB+aBt′
联立以上方程解得:vA=4m/s,vB=2m/s,v=1m/s
两球的位移分别为:SA=,SB=
不相碰应满足:SA+SB+2r≤S
代入数据解得:S≥4.6m
答:
(1)两球从开始有引力作用到开始有斥力作州经历时间为是1s.
(2)为了使两球不相碰,开始有斥力时两球球心间距离应满足大于等于4.6m.
解析
解:(1)当两球间有引力作用时,设两球的加速度大小分别为:aA和aB.由牛顿第二定律得:
aA=aB==
=2m/s2.
再由位移关系得:vAt++
=4
联立解得 t=1s
(2)设两球开始时有斥力作用时的速度大小分别为vA和vB,则
vA=v0+aAt,vB=aBt;
分析两球的运动情况:两球间开始有斥力后,A球先做匀减速运动,B球先做匀减速运动到速度为零,后再反方向加速,两球速度相等之前,两球间的距离一直减小,之后就逐渐增大,如果在两球速度相等之前不相碰,以后就不会相碰.设这段时间为t′,共同速度为v,开始有斥力时两球球心间距离为S,两球的加速度大小仍相同,并为aA=aB=2m/s2.
取vA的方向为正方向,v=vA-aAt′,v=-vB+aBt′
联立以上方程解得:vA=4m/s,vB=2m/s,v=1m/s
两球的位移分别为:SA=,SB=
不相碰应满足:SA+SB+2r≤S
代入数据解得:S≥4.6m
答:
(1)两球从开始有引力作用到开始有斥力作州经历时间为是1s.
(2)为了使两球不相碰,开始有斥力时两球球心间距离应满足大于等于4.6m.
如图中的一簇曲线是空间某区域的电场线,A、B分别是该电场中不同高度处的两点,它们所在水平面间的距离为H.自A点将一个质量为m的带电小球以速度v1水平抛出,小球到达B点时的速度大小为v2,方向与水平面成a角,已知小球电荷量大小为q,但电性未知,重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、若v1>v2,动能减小,根据动能定理,合力做负功;而重力做正功,故电场力做负功,故电场力向上,粒子带负电;故A错误;
B、若小球带正电,从A到B过程,根据动能定理,有:
mgH+qU=
联立解得:
U=(
-
)-
,故B正确;
C、小球运动到B点时所受重力与速度方向不同,则其重力的瞬时功率P=mgv2sinα,故C错误;
D、若v1<v2,小球的动能增大,根据动能定理,合力做正功;但由于重力做正功,故电场力不一定做正功;而初重力外其余力做的功(电场力做的功)等于机械能的增加量,故机械能不一定增加;故D错误;
故选:B.
(2015秋•海淀区期末)如图所示,水平放置的两个正对的带电金属板MN、PQ间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场强度为E,磁感应强度为B.在a点由静止释放一带正电的微粒,释放后微粒沿曲线acb运动,到达b点时速度为零,c点是曲线上离MN板最远的点.已知微粒的质量为m,电荷量为q,重力加速度为g,不计微粒所受空气阻力,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、微粒在a点时速度为零,不受洛伦兹力,只有重力和竖直向下的电场力,合力方向竖直向下,由牛顿第二定律知加速度方向竖直向下.故A正确.
B、从a运动到c,电场力做正功,电势能减小.从c运动到b,电场力做负功,电势能增大,所以微粒在c点时电势能最小,故B错误.
C、根据能量守恒定律知,微粒在c点时动能最大,在c点,有 qvB>mg+qE,得 v>,所以最大速率大于
,故C错误.
D、微粒在b点的受力情况与a点的受力情况相同,可知微粒到达b点后将相同轨迹向右做曲线运动,不可能沿原路径返回a点,故D错误.
故选:A
如图,真空中xoy平面直角坐标系上有ABC三点,A、B两点坐标分别为(-l,0)、(l,0).若将电荷量均为q(q>0)的两点电荷分别固定在A、B点,已知静电力常量为k,取无穷远处电势为零.通过计算,说明:
(1)在y正半轴上,存在一点C,该处电场强度E为y轴上所有点处场强最大的位置,求出该点的坐标;
(2)O点处,电场强度E0为零,而电势φ0>0.
(3)在图中给定的φ-x坐标系上,定性画出这两个点电荷的电场,在x轴上的电势分布曲线.
正确答案
解:(1)设AC连线与水平方向夹角为θ,两个电荷在C点产生的场强均为:EA=EB==
;
故EC=2EAsinθ=2=
积化和差,有:
EC=)
当θ=35.262°时,EC有最大值,故C点的纵坐标为:l=ltan35.262°=0.71 l,故C点坐标为(0.71 l,0);
(2)点O的场强为零,从O向+y方向,电场方向向上,故电势逐渐降低,而无穷远处电势为零,故φ0>0.
(3)这两个点电荷的电场,在x轴上的电势分布,如图所示:
答:(1)该点的坐标为(0.71 l,0);
(2)O点电场强度E0为零,而电势φ0>0;
(3)在x轴上的电势分布曲线如图所示.
解析
解:(1)设AC连线与水平方向夹角为θ,两个电荷在C点产生的场强均为:EA=EB==
;
故EC=2EAsinθ=2=
积化和差,有:
EC=)
当θ=35.262°时,EC有最大值,故C点的纵坐标为:l=ltan35.262°=0.71 l,故C点坐标为(0.71 l,0);
(2)点O的场强为零,从O向+y方向,电场方向向上,故电势逐渐降低,而无穷远处电势为零,故φ0>0.
(3)这两个点电荷的电场,在x轴上的电势分布,如图所示:
答:(1)该点的坐标为(0.71 l,0);
(2)O点电场强度E0为零,而电势φ0>0;
(3)在x轴上的电势分布曲线如图所示.
将一电量为q=2x10-6C 的点电荷沿着电场线从A移至电场中某点B,电场力做功 4x10-5J,B移至C点电场力做功-6x10-5J,若选B为零势面,A点的电势为______,C点的电势为______.
正确答案
20V
30V
解析
解:A与B间的电势差为:UAB==
V=20V.
因UAB=φA-φB,得:φA=UAB+φB=20+0=20V
B与C间的电势差为:UBC==
V=-30V.
因UBC=φB-φC,得:φC=φB-UBC=0-(-30)V=30V
故答案为:20V,30V
如图所示,在真空中的竖直平面内,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B,A球的电荷量为+4q,B球的电荷量为-3q,组成一带电系统.虚线MN与PQ平行,开始时PQ恰为杆的中垂线.在MN与PQ间加竖直向上的匀强电场,恰能使带电系统静止不动.现使电场强度突然加倍(已知当地重力加速度为g),求:
(1)B球刚到达电场边界PQ时的速度大小;
(2)若要使A不离开电场上边界MN,则MN与PQ之间相距至少为多少?
(3)带电系统运动的周期为多少?
正确答案
解:(1)设带电系统静止时电场强度为E,则有2mg=4qE,解得:
E= ①
电场强度加倍后,系统从开始静止到B进入电场,根据动能定理有:
(2E×4q-2mg)L=×2m
②
联立①②得B球刚进入电场时的速度:
(2)设MN与PQ相距为x时A球恰好到达电场边界MN,根据动能定理得到:
2E•4q•(x-L)-2E•3q•(x-2L)-2mg(x-L)=0
解得:
x=4L
(3)带电系统上升过程和下降过程具有对称性;
带电系统向上运动分为三阶段:
第一阶段匀加速运动,根据牛顿第二定律有:
a1==g,
运动时间:
t1==
;
第二阶段匀减速运动,同理可得:
a2==
设A球出电场时速度为v2,根据运动学公式有:v22-v12=-2a2L,
解得v2=,
t2==2(
-1)
;
第三阶段匀减速运动,a3==
,t3=
=
则运动周期T=2(t1+t2+t3)=(6-
)
答:(1)B球刚到达电场边界PQ时的速度大小为;
(2)若要使A不离开电场上边界MN,则MN与PQ之间相距至少为4L;
(3)带电系统运动的周期为(6-
)
.
解析
解:(1)设带电系统静止时电场强度为E,则有2mg=4qE,解得:
E= ①
电场强度加倍后,系统从开始静止到B进入电场,根据动能定理有:
(2E×4q-2mg)L=×2m
②
联立①②得B球刚进入电场时的速度:
(2)设MN与PQ相距为x时A球恰好到达电场边界MN,根据动能定理得到:
2E•4q•(x-L)-2E•3q•(x-2L)-2mg(x-L)=0
解得:
x=4L
(3)带电系统上升过程和下降过程具有对称性;
带电系统向上运动分为三阶段:
第一阶段匀加速运动,根据牛顿第二定律有:
a1==g,
运动时间:
t1==
;
第二阶段匀减速运动,同理可得:
a2==
设A球出电场时速度为v2,根据运动学公式有:v22-v12=-2a2L,
解得v2=,
t2==2(
-1)
;
第三阶段匀减速运动,a3==
,t3=
=
则运动周期T=2(t1+t2+t3)=(6-
)
答:(1)B球刚到达电场边界PQ时的速度大小为;
(2)若要使A不离开电场上边界MN,则MN与PQ之间相距至少为4L;
(3)带电系统运动的周期为(6-
)
.
如图所示,半径R=0.40m的光滑半圆环轨道处于竖直平面内,半圆环与粗糙的水平地面相切于圆环的端点A.在离端点A相距s=4.0m处的水平地面上D点的右方存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场,电场强度大小为E=10.0N/C,磁感应强度大小为B=10.0T.现有在D点正上方离D点距离为1.40m的带电小球,以初速度为v0垂直界面进入电磁场中,带电小球恰好作匀速圆周运动,后刚好从D点沿水平地面向左运动,冲上竖直半圆环,最后小球落在C点.已知带电小球的质量m=0.10Kg,球与水平地面间的动摩擦因数μ═0.30.求:
(1)带电小球带什么电?带电量为多少?
(2)小球的初速度v0的大小.
(3)A、C间的距离(取重力加速度g=10m/s2).
正确答案
解:(1)带电小球以初速度为v0垂直界面进入电磁场中,带电小球恰好作匀速圆周运动,可知带电小球所受的电场力与重力平衡,电场力竖直向上,则小球带正电.
由平衡条件有:
mg=qE ①
由①式解得:q=0.10C
(2)带电小球以初速度为v0垂直界面进入电磁场中,带电小球恰好作匀速圆周运动,有:
qv0B=m ②
由题知: ③
由①②③式解得:v0=7.0m/s
(3)小球从D到A的过程中有:-μmgs=mvA2-
mv02 ④
恰好做圆周运动时物体在最高点B满足:,vB1=2m/s ⑤
假设物体能到达圆环的最高点B,由机械能守恒得: ⑥
联立④⑥可得 vB=3m/s
因为,所以小球能通过最高点B.
小球从B点做平抛运动,则有
,sAC=vB•t ⑦
由④⑥⑦得:sAC=1.2m
答:
(1)带电小球带正电,带电量为0.10C.
(2)小球的初速度v0的大小是7.0m/s.
(3)A、C间的距离是1.2m.
解析
解:(1)带电小球以初速度为v0垂直界面进入电磁场中,带电小球恰好作匀速圆周运动,可知带电小球所受的电场力与重力平衡,电场力竖直向上,则小球带正电.
由平衡条件有:
mg=qE ①
由①式解得:q=0.10C
(2)带电小球以初速度为v0垂直界面进入电磁场中,带电小球恰好作匀速圆周运动,有:
qv0B=m ②
由题知: ③
由①②③式解得:v0=7.0m/s
(3)小球从D到A的过程中有:-μmgs=mvA2-
mv02 ④
恰好做圆周运动时物体在最高点B满足:,vB1=2m/s ⑤
假设物体能到达圆环的最高点B,由机械能守恒得: ⑥
联立④⑥可得 vB=3m/s
因为,所以小球能通过最高点B.
小球从B点做平抛运动,则有
,sAC=vB•t ⑦
由④⑥⑦得:sAC=1.2m
答:
(1)带电小球带正电,带电量为0.10C.
(2)小球的初速度v0的大小是7.0m/s.
(3)A、C间的距离是1.2m.
在静电场中,将一电量q=-1.5×10-6C的电荷从A点移到B点,电势能减少3×10-4J,如果将该电从C点移到A点,克服电场力做功1.5×10-4J.
(1)求AB两点间的电势差、AC两点间的电势差和BC两点间的电势差.
(2)若将此电荷从A点移动无穷远处,克服电场力做功为6×10-4J,求电荷在A点的电势能.
(3)若规定C点电势为零,求A点电势和电荷在B点的电势能.
(4)如果将电量为2.0×10-6的正电荷有A点移到B点,求电场力做的功.
正确答案
解:(1)将一电量q=-1.5×10-6C电荷从A点移到B点,电势能减少3×10-4J,说明电场力做功3×10-4J
得:UAB==
V=-200V,
电荷从C点移到A点,克服电场力做功1.5×10-4J,说明电荷从A点移到C点,电场力做功1.5×10-4J
得:UAC==
V=-100V
得:UBC=UBA+UAC=-UAB+UAC=(200-100)V=100V
(2)电荷在A点的电势能为:εA=WA∞=-6×10-4J
(3)规定C点电势为零,则:∅A=UAC=-100V;
∅B=UBC=100V;
ɛB=q∅B=(-1.5×10-6)×100J=-1.5×10-4J
(4)根据WAB=qUAB=2.0×10-6×-200J=-4×10-4J,
答:(1)AB两点间的电势差为-200V,AC两点间的电势差为-100V,BC两点间的电势差为100V.
(2)电荷在A点的电势能为-6×10-4J.
(3)若规定C点电势为零,A点电势为-100V,电荷在B点的电势能为-1.5×10-4J;
(4)将电量为2.0×10-6的正电荷有A点移到B点,则电场力做的功-4×10-4J.
解析
解:(1)将一电量q=-1.5×10-6C电荷从A点移到B点,电势能减少3×10-4J,说明电场力做功3×10-4J
得:UAB==
V=-200V,
电荷从C点移到A点,克服电场力做功1.5×10-4J,说明电荷从A点移到C点,电场力做功1.5×10-4J
得:UAC==
V=-100V
得:UBC=UBA+UAC=-UAB+UAC=(200-100)V=100V
(2)电荷在A点的电势能为:εA=WA∞=-6×10-4J
(3)规定C点电势为零,则:∅A=UAC=-100V;
∅B=UBC=100V;
ɛB=q∅B=(-1.5×10-6)×100J=-1.5×10-4J
(4)根据WAB=qUAB=2.0×10-6×-200J=-4×10-4J,
答:(1)AB两点间的电势差为-200V,AC两点间的电势差为-100V,BC两点间的电势差为100V.
(2)电荷在A点的电势能为-6×10-4J.
(3)若规定C点电势为零,A点电势为-100V,电荷在B点的电势能为-1.5×10-4J;
(4)将电量为2.0×10-6的正电荷有A点移到B点,则电场力做的功-4×10-4J.
如图所示,在场强为40V/m的匀强电场中,一个带正电粒子,电荷量为2C,从A点移动B点.已知AB间的距离为40cm,AB连线与电场线方向成30°夹角,求电场力做的功W?
正确答案
解:电场力为:
F=qE=2×40=80N;
从A点移动B点,电场力做的功为:
W=FScos30°=80N×0.4m×=16
J;
答:电场力做的功W为16J.
解析
解:电场力为:
F=qE=2×40=80N;
从A点移动B点,电场力做的功为:
W=FScos30°=80N×0.4m×=16
J;
答:电场力做的功W为16J.
如图所示,一个电量为-Q的点电荷甲,固定在绝缘水平面上的O点.另一个电荷量为+q及质量为m的点电荷乙,从A点以初速度v0沿它们的连线向甲运动,运动到B点时的速度为v,且为运动过程中速度最小值.已知点电荷乙与水平面的动摩擦因数为μ,AB间距离为L0,静电力常量为k,则下列说法错误的是( )
正确答案
解析
解:A、点电荷乙在运动过程中所受的滑动摩擦力的大小方向不变,两球靠近过程中库仑力逐渐增大,小球乙从A点运动到B点的过程中,有mgμ-F库=ma,因此加速度逐渐减小,故A正确;
B、当速度最小时有:mgμ=F库=k ,所以解得:r=
,即OB间的为
,故B正确;
C、在小球向左运动过程中电场力一直做正功,因此电势能一直减小,故C错误;
D、点电荷从A运动B过程中,根据动能定理有:UABq-mgμL0=mv2-
m
,所以解得AB间电势差UAB=
.故D正确
本题选错误的,故选:C.
如图所示,在真空中的O点放一点电荷 Q=1.0×10-9C,直线MN过O点,OM=30cm.现有一检验电荷q=-2×10-10C,若ϕM=20V,ϕN=5V,求:
(1)电荷Q在M点的电场强度的大小;
(2)电荷q在M点和N点的电势能EPM和EPN;
(3)把电荷q从M点移动到N点的过程中电场力所做的功.
正确答案
解:(1)M点的场强:
=
=100N/C.
(2)q在M点的电势能:EPM=-2×10-10C×20V=-4×10-9J
q在N点的电势能:EPN=-2×10-10C×5V=-1×10-9J
(3)把电荷q从M点移动到N点的过程中,电场力所做的功为:
WMN=EPM-EPN=-4×10-9J-(-1×10-9J)=-3×10-9J
答:(1)电荷Q在M点的电场强度的大小为100N/C;
(2)电荷q在M点和N点的电势能EPM和EPN分别为-4×10-9J、-1×10-9J;
(3)把电荷q从M点移动到N点的过程中电场力所做的功为-3×10-9J.
解析
解:(1)M点的场强:
=
=100N/C.
(2)q在M点的电势能:EPM=-2×10-10C×20V=-4×10-9J
q在N点的电势能:EPN=-2×10-10C×5V=-1×10-9J
(3)把电荷q从M点移动到N点的过程中,电场力所做的功为:
WMN=EPM-EPN=-4×10-9J-(-1×10-9J)=-3×10-9J
答:(1)电荷Q在M点的电场强度的大小为100N/C;
(2)电荷q在M点和N点的电势能EPM和EPN分别为-4×10-9J、-1×10-9J;
(3)把电荷q从M点移动到N点的过程中电场力所做的功为-3×10-9J.
如图(a)所示,MN是长为a倾斜放置的光滑绝缘细杆,倾角为37°,MNP构成一直角三角形.MP中点处固定一电量为Q的正电荷,杆上穿有一带正电的小球(可视为点电荷),小球自N点由静止释放,小球的重力势能和电势能随MN上位置x(取M点处x=0)的变化图象如图(b)所示,其中E0、E1、E2为已知量,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,静电力常量为k,重力加速度为g.(不得使用Ep=-
)
(1)求势能为E1时的横坐标x1和带电小球的质量m
(2)已知在x1处时小球与杆间的弹力恰好为零,求小球的电量q
(3)求小球运动到M点时的速度大小.
正确答案
解:(1)根据Q电荷的电场线的分布可知电场力先对带电小球做负功,后做正功,故电势能先增大后减小,故图(b)中表示电势能随位置变化的是图线Ⅱ.
势能为E1时的横坐标为:x1=acos37°••cos37°=0.32a
x1处重力势能为:E1=mgx1sin37°
则有:m==
=
(2)在x1处,根据受力分析可知
k=mgcos37°,其中r=x1tan37°=0.24a
带入数据,得:q=
(3)根据动能定理有:mga sin37°+E2-E0=mv2
带入数据,得:v=
答:(1)势能为E1时的横坐标x1和带电小球的质量m分别为0.32a、.
(2)小球的电量q为.
(3)小球运动到M点时的速度大小为.
解析
解:(1)根据Q电荷的电场线的分布可知电场力先对带电小球做负功,后做正功,故电势能先增大后减小,故图(b)中表示电势能随位置变化的是图线Ⅱ.
势能为E1时的横坐标为:x1=acos37°••cos37°=0.32a
x1处重力势能为:E1=mgx1sin37°
则有:m==
=
(2)在x1处,根据受力分析可知
k=mgcos37°,其中r=x1tan37°=0.24a
带入数据,得:q=
(3)根据动能定理有:mga sin37°+E2-E0=mv2
带入数据,得:v=
答:(1)势能为E1时的横坐标x1和带电小球的质量m分别为0.32a、.
(2)小球的电量q为.
(3)小球运动到M点时的速度大小为.
两个正点电荷Q和8Q分别置于固定在光滑绝缘水平面上的A、B两点,A、B相距2R,且A、B两点正好位于水平光滑绝缘半圆细管的两个端点出口处,如图所示,若把一点电荷放于绝缘管内靠近A点处由静止释放,则它在管内运动过程中电势能最小的位置为M,则图中θ的正切值为______.
正确答案
2
解析
解:若点电荷在p点处受到的库仑力的合力沿op的方向,则它在p点处速度最大,电势能最小
即此时满足:tanθ=
解得:tanθ=2.
故答案为:2
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