- 电场
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如图所示,一根长为l的细绝缘线,上端固定,下端系一个质量为m的带电小球,将整个装置放入一匀强电场当中,电场强度大小为E,方向是水平向右,已知:当细线偏离竖直方向为θ角时,小球处于平衡状态,试求:
(1)小球带何种电荷?带电量为多少?
(2)如果将细线剪断,小球经t时间所发生的位移大小?
正确答案
解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力和电场力,如图;
电场力向右,故带正电荷,根据平衡条件可知:
x方向:Tsinθ=qE
y方向:Tcosθ=mg
解得
qE=mgtanθ
得F=mgtanθ
又F=qE
所以
(2)剪短细线后,小球受电场力和重力,合力沿着绳子向右下方,大小等于第一问中绳子的拉力,
小球将沿细线的反方向做匀加速直线运动,
小球经t时间所发生的位移为
答:(1)小球带正电荷,带电量为;
(2)如果将细线剪断,小球经t时间所发生的位移大小为.
解析
解:(1)对小球受力分析,受重力、拉力和电场力,如图;
电场力向右,故带正电荷,根据平衡条件可知:
x方向:Tsinθ=qE
y方向:Tcosθ=mg
解得
qE=mgtanθ
得F=mgtanθ
又F=qE
所以
(2)剪短细线后,小球受电场力和重力,合力沿着绳子向右下方,大小等于第一问中绳子的拉力,
小球将沿细线的反方向做匀加速直线运动,
小球经t时间所发生的位移为
答:(1)小球带正电荷,带电量为;
(2)如果将细线剪断,小球经t时间所发生的位移大小为.
如下图所示,一电容为C的平行板电容器,两极板A、B间距离为d,板间电压为U,B板电势高于A板.两板间有M、N、P三点,M、N连线平行于极板,N、P连线垂直于极板,M、P两点间距离为L,∠PMN=θ.以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、两极板间匀强电场的电场强度大小E=;由图可知,等势线MN与场强方向垂直,所以M、N两点电势相等,故AB错误.
C、将带电量为+q的电荷从M移到P,电场力做功WMP=qUMP=,电荷的电势能减小
,故C错误.
D、M、P两点间的电势差为UMP=ELsinθ=ELsinθ.故D正确.
故选:D.
如图所示,在不带电的半径为R的导体球附近一点A处,从无限远处移来一点电荷,点电荷的电荷量为q,若A点到球面的距离为L,当达到静电平衡时,导体球上的感应电荷在球心O处产生的场强的大小等于______,其方向为______.
正确答案
水平向左
解析
解:点电荷q在球心处产生的场强E=,方向水平向右,
据静电平衡的特点知,电荷q和球面上感应电荷在球心O处产生的场强大小相等,方向相反,则球面上感应电荷在球心O处的场强大小E′=E=,方向水平向左.
故答案为:,水平向左.
在电场中A点放一个电量q=-2×10-8库仑的电荷,受到电场力大小为6×10-6N,则该力的方向跟A点电场强度的方向相______,A点电场强度 大小为______N/C.如果在A点放一个q′=+4×10-8库仑的电荷,它受到的电场力大小为______N,方向跟A点电力线的方向相______.如果拿走电荷q′,则A点电场强度大小为______N/C.
正确答案
反
3×102
1.2×10-5
同
3×102
解析
解:由题,检验电荷电量为q=-2×10-8C,受到的电场力为:F=6×10-6N,则该力的方向跟A点电场强度的方向相反
A点的电场强度大小为:E==
=3×102N/C,
如果在A点放一个q′=+4×10-8库仑的电荷,A点的电场强度不变,则电场力为:F′=q′E=4×10-8×3×102N=1.2×10-5N.方向跟A点电力线的方向相同.
故答案为:反,3×102,1.2×10-5,同,3×102
天空发生闪电之前,通常可以看到互相靠近带电层A和带电层B.以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、带电层A和B互相靠近,由库仑定律可知B受到的静电力增大,由牛顿第二定律得知B的加速度越来越大,故A错误.
B、由于静电力增大,所以B不可能做匀速直线运动,故B错误.
C、根据场强公式E=k分析可知B运动所处环境的电场强度越来越大,故C正确.
D、静电力对两个电层都做正功,系统的电势能越来越小,故D错误.
故选:C
如图所示,在场强大小为E的匀强电场中,一根不可伸长的绝缘细线一端拴一个质量为m,电荷量为q的带负电的小球,另一端固定在O点,把小球拉到使细线水平的位置A,然后将小球由静止释放,小球沿弧线运动到细线与水平方向成θ=60°的位置B时速度为零,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:小球从A运动到B的过程中,根据动能定理得:
mgLsinθ-qEL(1-cosθ)=0
得Eq:mg=sinθ:(1-cosθ)=:1,则得qE=
mg;
小球到达B点时速度为零,向心力为零,则沿细线方向合力为零,此时对小球受力分析可知:T=qEcos60°+mgsin60°,故细线拉力T=mg
故选:AD
如图中接地金属球A的半径为R,球外点电荷的电量为Q的正电荷,到球心的距离为r.该点电荷的电场在球心的场强大小等于______;场强的方向是______.(选填“向左”、“向右”)
正确答案
解:已知点电荷的电荷量为Q,到球心的距离为r,则该点电荷的电场在球心的场强大小为:
E=k,方向向左.
故答案为:;向左
解析
解:已知点电荷的电荷量为Q,到球心的距离为r,则该点电荷的电场在球心的场强大小为:
E=k,方向向左.
故答案为:;向左
如图甲所示,Q1、Q2为两个被固定的点电荷,其中Q1带正电,a、b两点在它们连线的延长线上.现有一带正电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始经b点向远处运动(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b两点时的速度分别为va、vb,其速度图象如图乙所示.以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、整个运动过程中,粒子的动能先减小后增大,根据能量守恒知其电势能先增大后减小.故A错误.
BD、从速度图象上看,可见a到b做加速度减小的减速运动,在b点时粒子运动的加速度为零,则电场力为零,所以该点场强为零.Q1对负电荷的电场力向右,则Q2对负电荷的电场力向左,所以Q2带正电.b点场强为零,可见两点电荷在b点对负电荷的电场力相等,根据F=k,b到Q1的距离大于到Q2的距离,所以Q1的电量一定大于Q2的电量.故B、D错误.
C、由上分析知b点的电场强度一定为零,但电势是相对的,电势零点可人为选择,所以电势不一定为零,故C正确.
故选:C
真空中相距为3a的两个点电荷M、N,分别固定于x轴上x1=0和x2=3a的两点上,取场强沿x轴正方向的值为正,它们连线上各点场强E随x变化的关系如图所示.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、若两电荷为异种电荷,在x=2a处,电场强度不可能为0,故两电荷为同种电荷.在0-2a范围内,场强为正,说明合场强向右,则知两个电荷都是正电荷.故A正确,B错误;
C、D、M在2a处产生的场强为 E1=k,N在2a处产生的场强E2=k
,由于2a处场强为0,故E1=E2,所以解得QM=4QN,故C错误,D正确
故选:AD.
有一个点电荷Q的电场中,Ox坐标轴与它的一条电场线重合,坐标轴上A、B两点的坐标分别为2.0m和5.0m.已知放在A、B两点的试探电荷受到的电场力方向都跟x轴的正方向相同,电场力的大小跟试探电荷所带电荷量大小的关系如图中直线A、B所示,放在A点的电荷带正电,放在B点的电荷带负电.求:
(1)B点的电场强度的大小和方向;
(2)试判断点电荷Q的电性,并确定点电荷Q的位置坐标.
正确答案
解:(1)由图可得B点电场强度的大小N/C.
因B点的试探电荷带负电,而受力指向x轴的正方向,故B点场强的方向沿x轴的负方向.
(2)因A点的正电荷受力和B点的负电荷受力均指向x轴的正方向,
故点电荷Q位于A、B两点之间,带负电.
设点电荷Q的坐标为x,则,
由图可得EA=40N/C,则
解得x=2.6m.
答:(1)B点的电场强度的大小为2.5N/C,方向沿x轴负方向.(2)点电荷带负电,位置坐标x=2.6m.
解析
解:(1)由图可得B点电场强度的大小N/C.
因B点的试探电荷带负电,而受力指向x轴的正方向,故B点场强的方向沿x轴的负方向.
(2)因A点的正电荷受力和B点的负电荷受力均指向x轴的正方向,
故点电荷Q位于A、B两点之间,带负电.
设点电荷Q的坐标为x,则,
由图可得EA=40N/C,则
解得x=2.6m.
答:(1)B点的电场强度的大小为2.5N/C,方向沿x轴负方向.(2)点电荷带负电,位置坐标x=2.6m.
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