- 静电场
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如图,A、B、C三点在电场中,AC⊥BC,∠ABC=60°=3m,把电量q1=2.4×10-4C,q2=6×10-5C的正电荷分别放在A、B两点,C处的场强大小是多少?
正确答案
解:A在C点产生的场强为:=
=8×104N/C,方向沿AC向上;
B在C点产生的场强为:=
=6×104N/C,方向沿BC向左;
在C点的合场强为:E==1.0×105N/C
答:C处的场强大小为1.0×105N/C
解析
解:A在C点产生的场强为:=
=8×104N/C,方向沿AC向上;
B在C点产生的场强为:=
=6×104N/C,方向沿BC向左;
在C点的合场强为:E==1.0×105N/C
答:C处的场强大小为1.0×105N/C
在光滑绝缘的水平桌面上有四个小球构成菱形,其带电量如图所示.图中-q与-q的连线跟-q与+Q的连线之间夹角为α,若该系统处于平衡状态,则正确的关系式为( )
正确答案
解析
解:由题意可知,对左边Q受力分析,如图所示,两负q对Q的库仑力的合力与右边Q对Q的库仑力等值反向,
设菱形的边长为a,则对图中Q有:2ksinα=k
,解得:8qsin3α=Q;即为sin3α=
;
对q,有:2kcosα=k
,可得cos3α=
故选:A.
两个等量同种电荷固定于光滑水平面上,其连线中垂线上有A、B、C三点,如图1所示.一个电量为2C,质量为1kg的小物块从C点静止释放,其运动的v-t图象如图2所示,其中B点处为整条图线切线斜率最大的位置(图中标出了该切线).则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、据v-t图的斜率等于加速度,可得物块在B点的加速度最大为a==2m/s2,所受的电场力最大为 F=ma=1×2N=2N,则电场强度的最大值为 E=
=
=1N/C,故A正确.
B、据两个等量的同种正电荷,其连线中垂线上电场强度方向由O点沿中垂线指向外侧,故由C点到A点的过程中电势逐渐减小,故B正确.
C、由C点到A点的过程中,据V-t图可知带电粒子的速度增大,电场力做正功,电势能减小,故C错误.
D、由v-t图可知A、B两点的速度分别为:vA=6m/s,vB=4m/s,物块在A到B过程,根据动能定理得:qUAB=mB2-
mA2=
×1×(42-62)J=-10J,得:UAB=
=
V=-5V,故D正确.
故选:ABD.
边长为a的正方体八个顶点上各有一电荷为q的点电荷,它们在上面中心O形成的合场强大小是( )
正确答案
解析
解:如图,由几何知识得到,AO的距离r=
=
=
a
设A处电荷在O点产生的场强与竖直方向的夹角为θ,
由几何知识得,cosθ=
则A处电荷在O点产生的场强沿y轴方向的分量为E1y=E1cosθ,E1=k
联立得到,E1y=
所以中心O形成的合场强大小E=4E1y=.
故选B
如图所示,等边三角形ABC,边长为L,在顶点A、B处有等量同种点电荷QA、QB.且QA=QB=+Q则在顶点C处的电荷量为+QC的点电荷所受的电场力大小为______,方向______.
正确答案
K
垂直AB连线向上
解析
解:QC受力情况如图所示,QA、QB对QC的作用力大小和方向都不因其它电荷的存在而改变,仍然遵守库仑定律的规律.
QA对QC作用力:FA=K,同性电荷相斥.
QB对QC作用力:FB=K,同性电荷相斥.
由上知 FA=FB
根据平行四边形法则,QC受的力F1即为FA、FB的合力,
根据几何知识可知,QC受力的大小,F=K
,方向为垂直AB连线向上.
故答案为:K
,垂直AB连线向上.
等量正点电荷Q固定在如图所示的菱形长对角线两端,a、b为该菱形的短对角线端点,O为两对角线交点.下列措施中能让a点的电场强度等于零的有( )
正确答案
解析
解:由题意可知等量正点电荷Q在a点的电场强度的合成,因两方向夹角为120°,
设菱形的边长为L,则合电场强度大小为;
若在O点固定点电荷-,根据负电荷在a点的电场强度方向与两正电荷产生电场强度方向相反,
由点电荷的电场强度公式,E′==
,即可求出这三个电荷在a点的合电场强度为零;
若在b点固定点电荷-Q,同理可知,产生的电场强度的方向与两个正电荷的电场强度的方向相反,大小E″=,即大小相等,
则这三个电荷在a点的合电场强度也为零,故AC正确,BD错误;
故选:AC.
(2015秋•广安期末)如图所示,在一条直线上有两个相距0.3m的点电荷A、B,A带电+Q,B带电-4Q.现引入第三个点电荷C,恰好使三个点电荷均在电场力的作用下处于平衡状态,则C的带电性质及位置应为( )
正确答案
解析
解:三个点电荷都要平衡,三个点电荷必须同一条直线上,外侧两个电荷相互排斥,中间电荷吸引外侧两个电荷,所以外侧两个电荷距离大,要平衡中间电荷的拉力,必须外侧电荷电量大,中间电荷电量小,所以C必须带负电,且在A的左侧.
设C与A的距离为r,AB间距离为L.C要能处于平衡状态,A对C的电场力大小等于B对C的电场力大小,设C的电量为q.
则有:k=k
解得:r=0.3m.
故选:A
某无限长粗糙绝缘直杆与等量异种电荷连线的一条中垂线重合,杆水平放置.杆上有A、B、O三点,其中O为等量异种电荷连线中点,AO=BO.现将一带电小圆环从杆上A点以初速度v0向B点滑动,滑到B点时速度恰好为0,则关于小圆环的运动,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、一对等量异号电荷的连线的中垂线是等势面,故小圆环从A到B过程电场力不做功,故A正确;
B、D、等量异号电荷的连线的中垂线上,从A到B电场强度先增大后减小,所以小圆环受到的电场力先增大后减小,小圆环受到的摩擦力:f=μFN=μqE,所以小圆环受到的摩擦力先增大后减小,它的加速度:a=先增大后减小.故B正确,D错误;
C、从A到B过程,合力一直向下,故加速度一直向下,加速度与速度反向,故小圆环一直做减速运动,故C正确;
故选:ABC.
如图所示.在光滑绝缘的水平面上,三个带电小球a、b和c分别位于边长为L的正三角形的三个顶点上:a、b带正电,电量均为q,c带负电.整个系统置于方向水平的匀强电场中.已知静电力常量为K.若三个小球均处于静止状态,试求该匀强电场的场强以及C的带电量.
正确答案
解:设c电荷带电量为Q,以c电荷为研究对象受力分析,根据平衡条件得a、b对c的合力与匀强电场对c的力等值反向,即:
2××cos30°=E•Q;
所以匀强电场场强的大小为.
设c电荷带电量为Q,以c电荷为研究对象受力分析,
根据平衡条件得a、b对c的合力与匀强电场对c的力等值反向,即:=
×cos60°
所以C球的带电量为2q.
答:该匀强电场的场强,以及C的带电量2q.
解析
解:设c电荷带电量为Q,以c电荷为研究对象受力分析,根据平衡条件得a、b对c的合力与匀强电场对c的力等值反向,即:
2××cos30°=E•Q;
所以匀强电场场强的大小为.
设c电荷带电量为Q,以c电荷为研究对象受力分析,
根据平衡条件得a、b对c的合力与匀强电场对c的力等值反向,即:=
×cos60°
所以C球的带电量为2q.
答:该匀强电场的场强,以及C的带电量2q.
如图所示,一个半径为r的带电圆环,圆环上单位长度上的电荷量为q.现从环上截去长为△s的一小段,若△s<<R,且圆环剩余部分的电荷分布不变,求圆环剩余部分的电荷在圆环中心O处产生的场强大小.
正确答案
解:AB段的长度为L,由于L<<R,相对于O点AB段可看成点电荷,AB段的电荷量为 Q=qL,则AB段在O点产生的电场强度大小为:E=k=
,方向指向竖直向下.
由于完整的圆环在O处的合场强为0,则剩余部分在O点产生的场强与AB段产生的场强大小相等、方向相反,所以剩余部分在O点产生的场强大小为:E′=E=,方向竖直向上.
故答案为:.
解析
解:AB段的长度为L,由于L<<R,相对于O点AB段可看成点电荷,AB段的电荷量为 Q=qL,则AB段在O点产生的电场强度大小为:E=k=
,方向指向竖直向下.
由于完整的圆环在O处的合场强为0,则剩余部分在O点产生的场强与AB段产生的场强大小相等、方向相反,所以剩余部分在O点产生的场强大小为:E′=E=,方向竖直向上.
故答案为:.
如图所示,六个点电荷分布在边长为a的正六边形的六个顶点处,除一处的电荷量为-q外,其余各处的电荷量均为+q,MN为其正六边形的一条中线,M、N为中线与正六边形边长相交的两点,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、中间一组-q和+q电荷在MN两处合场强大小相等,方向水平向左,最上边一组正电荷在M点合场强为0,最下面一组在N点合场强为0,最上边一组正电荷在N点合场强方向竖直向下,最下边一组正电荷在M点合场强方向竖直向上,最上边一组正电荷在N点合场强大小和最下边一组正电荷在M点合场强大小相等,所以M、N两点场强大小相等,方向不同,故A错误;
B、上下两组正电荷共四个+q在O点合场强为0,中间-q和+q电荷在O点合场强大小为,方向沿O指向-q方向,所以中心O点场强大小为
,方向沿O指向-q方向,故B正确;
CD、若将负电荷从M点沿直线移动到N点,垂直MN方向上的电场力一直不做功,竖直方向上电场力先做正功,后做负功,由对称性,所做总功为零,所以MN两点电势相等,负电荷电势能先减小后增大,故C正确,D错误.
故选:BC.
(2015秋•益阳期末)两个带等量正电的点电荷,固定在图中相距为2d的a、b两点,电量为Q.MN为ab连线的中垂线,交ab于O点,A为MN上的一点.A、O之间的距离为d,把一带电量为-q,质量为m的试探电荷从A点由静止释放,只在静电力作用下运动,经过O点的速度为v.(已知静电力常量为k)求:
(1)A点的电场强度大小和方向.
(2)A、O之间的电势差UAO.
正确答案
解:(1)a,b两点在A点产生的场强为:Ea=Eb=k=
Ea与Eb的夹角为90°,则据平行四边形定则有:A点的电场强度大小为:EA=Ea=
方向竖直向上
(2)试探电荷由A向O运动的过程,由动能定理得:
-qUAO=
解得:UAO=-
答:(1)A点的电场强度大小是,方向竖直向上.
(2)A、O之间的电势差UAO是-.
解析
解:(1)a,b两点在A点产生的场强为:Ea=Eb=k=
Ea与Eb的夹角为90°,则据平行四边形定则有:A点的电场强度大小为:EA=Ea=
方向竖直向上
(2)试探电荷由A向O运动的过程,由动能定理得:
-qUAO=
解得:UAO=-
答:(1)A点的电场强度大小是,方向竖直向上.
(2)A、O之间的电势差UAO是-.
如图所示,一边长为l的正方形,其中a、b、c三个顶点上分别固定了三个电荷量相等的正点电荷Q,O点为正方形的中心,d点为正方形的另一个顶点.下列判定正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由点电荷的电场及场的叠加可知,在O点b、c两处的点电荷产生的电场相互抵消,O点处的场强方向沿ad指向d点,
在d点b、c两处的点电荷产生的电场合成方向也是沿ad指向d点,所以三个正点电荷在O点和d点的场强方向相同,故A正确;
B、ad是b、c两处点电荷连线的中垂线,由两等量正电荷的电场中电势分布可知在b、c两点电荷的电场中O点电势高于d点电势,而在点电荷a的电场中O点电势也高于d点电势,再由电势叠加可知O点电势高.故B错误;
C、由点电荷的电场及场的叠加可知,在O点b、c两处的点电荷产生的电场相互抵消,O点处的场强等于a处点电荷所产生的场强,即:Eo==
方向由a指向O;而在d点处Ed=×cos45°×2+
=(
+
)×
<Eo,因此同一试探电荷+q在d点比在O点受到的电场力小,故C正确;
D、O点电势高,正电荷在电势越高处电势能越大,所以同一试探电荷+q在d点比在O点的电势能小,故D错误;
故选:AC.
如图所示,一绝缘薄圆盘均匀带电,在圆盘两侧中心轴线上有A,B两点,A,B到圆盘的距离分别为a和2a,B点处有一点电荷,电量为-q,若A点处的电场强度为零,则
( )
正确答案
解析
解:-q在A处产生的场强大小为 E=k=k
,方向水平向右.据题,A点处的电场强度为零,-q与带电圆盘在A点产生的场强大小相等,方向相反,则带电圆盘带正电,在A点产生的场强大小为E=k
,方向水平向左.根据A点处的电场强度为零可知,E=k
=k
.故AD正确
故选:AD
如图所示,竖直平面内有两个水平固定的等量同种负点电荷,A、O、B在两电荷连线的中垂线上,O为两电荷连线中点,AO=OB=L,将一带正电的小球由A点静止释放,小球可最远运动至O点,已知小球的质量为m、电量为q.若在A点给小球一初速度,则小球向上最远运动至B点,重力加速度为g.则AO两点的电势差UAO=______,该小球从A点运动到B点的过程中经过O点时速度大小为______.
正确答案
2
解析
解:由题意知从A到O,电场力做正功,电势能减小,从O到B,电场力做负功,电势能增加,故电荷电势能的变化情况为先减小后增大;
设O点速度为V,由动能定理:-mgL+qUAO=0
解得:UAO=
从O到B,再由动能定理,则有:-mgL-qUOB=0-mV2
其中UOA=UOB
联立解得:V=2;
故答案为:;2
.
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