ldJ物理好资源网(原物理ok网)ldJ物理好资源网(原物理ok网)ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)(1)电荷守恒、静电现象及解释;(2)点电荷、库仑定律;(3)电场强度、电场线、电场强度的叠加。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)ldJ物理好资源网(原物理ok网)例1.(2019∙全国I卷∙15)如图,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.P和Q都带正电荷
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.P和Q都带负电荷
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.P带正电荷,Q带负电荷
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.P带负电荷,Q带正电荷
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】D
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】对P、Q整体进行受力分析可知,在水平方向上整体所受电场力为零,所以P、Q必带等量异种电荷,A、B错误;对P进行受力分析可知,匀强电场对它的电场力应水平向左,与Q对它的库仑力平衡,所以P带负电荷,Q带正电荷,D正确,C错误。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【点睛】本题考查库仑力的性质以及对基本知识的理解能力。涉及库仑力的平衡问题与纯力学平衡问题分析方法一样,受力分析是基础,应用平衡条件是关键,都可以通过解析法、图示法或两种方法相结合解决问题,但要注意库仑力的大小随着电荷间距变化的特点。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)例2.(2019∙全国II卷∙20)静电场中,一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动,N为粒子运动轨迹上的另外一点,则( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.运动过程中,粒子的速度大小可能先增大后减小
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.在M、N两点间,粒子的轨迹一定与某条电场线重合
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】AC
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】在两个同种点电荷的电场中,一带同种电荷的粒子在两电荷的连线上自M点由静止开始运动,粒子的速度先增大后减小,A正确;带电粒子仅在电场力作用下运动,若运动到N点的动能为零,则带电粒子在N、M两点的电势能相等;仅在电场力作用下运动,带电粒子的动能和电势能之和保持不变,可知若粒子运动到N点时动能不为零,则粒子在N点的电势能小于在M点的电势能,即粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能,C正确;若静电场的电场线不是直线,带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹不会与电场线重合,B错误;若粒子运动轨迹为曲线,根据粒子做曲线运动的条件,可知粒子在N点所受电场力的方向一定不与粒子轨迹在该点的切线平行,D错误。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【点睛】带电粒子在电场中只受电场力,电场力一定沿电场线的切线方向,并指向带电粒子运动轨迹的凹侧。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)ldJ物理好资源网(原物理ok网)1.如图所示为静电力演示仪,两金属极板分别固定于绝缘支架上,且正对平行放置。工作时两板分别接高压直流电源的正负极,表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在两金属极板中间,则( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.乒乓球的左侧感应出负电荷
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.乒乓球受到扰动后,会被吸在左极板上
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.乒乓球共受到电场力、重力和库仑力三个力的作用
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触,放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】D
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】由图可知,右侧金属板与电源正极相连接,带正电,左侧金属板带负电,根据静电感应规律,近端感应出异种电荷,因此乒乓球的左侧感应出正电荷,A错误。乒乓球被扰动后,如果向右摆动会被吸到右板上,B错误。乒乓球共受到悬线的拉力、重力和电场力的作用,C错误。用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触,乒乓球会带上正电,受到右极板的排斥,向左运动与左极板接触,又带上负电,被左极板排斥向右运动,这样小球就在两极板间来回碰撞,D正确。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)2.如图所示,A、B为两个等量的正点电荷,在其连线中垂线上的P点放一个负点电荷q(不计重力),由静止释放后,下列说法中正确的是( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越大,速度越来越大
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越小,速度越来越大
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到粒子速度为零
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】C
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】在两电荷连线中垂线上电场强度方向O→P,负点电荷q从P点到O点运动的过程中,电场力方向P→O,速度越来越大。但电场线的疏密情况不确定,电场强度大小变化情况不确定,则电荷所受电场力大小变化情况不确定,加速度变化情况无法判断,故A、B错误;越过O点后,负电荷q做减速运动,则点电荷运动到O点时速度最大,电场力为零,加速度为零,故C正确;根据电场线的对称性可知,越过O点后,负电荷q做减速运动,加速度的变化情况无法判断,故D错误。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)3.(多选)如图所示,两个带等量正电荷的小球A、B(可视为点电荷)被固定在光滑绝缘水平面上。P、N是小球A、B连线的垂直平分线上的点,且PO=ON。现将一个电荷量很小的带负电的小球C(可视为质点)从P点由静止释放,在小球C向N点运动的过程中,关于小球C的速度图象中,可能正确的是( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】AB
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】在AB的垂直平分线上,从无穷远处到O点电场强度先变大后变小,到O点变为零,小球C受力沿垂直平分线,加速度先变大后变小,速度不断增大,在O点加速度变为零,速度达到最大,v-t图线的斜率先变大后变小;由O点到无穷远处,速度变化情况与另一侧速度的变化情况具有对称性;如果P、N相距足够远,则B项正确,如果P、N相距很近,则A项正确。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)4.(多选)如图所示,水平面绝缘且光滑,一绝缘的轻弹簧左端固定,右端有一带正电荷的小球,小球与弹簧不相连,空间存在着水平向左的匀强电场,带电小球在静电力和弹簧弹力的作用下静止,现保持电场强度的大小不变,突然将电场反向,若将此时作为计时起点,则下列描述速度与时间、加速度与位移之间变化关系的图象正确的是( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】AC
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】将电场反向,小球在水平方向上受到向右的电场力和弹簧的弹力,小球离开弹簧前,根据牛顿第二定律得,小球的加速度a=qE+kxm,知a随压缩量x的减小均匀减小,当脱离弹簧后,小球的加速度a=qEm,保持不变。可知小球先做加速度逐渐减小的加速运动,后做匀加速运动,故A、C正确,B、D错误。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)5.(多选)如图所示,两个带电小球A、B分别处于光滑绝缘的竖直墙面和斜面上,且在同一竖直平面内,用水平向左的推力F作用于B球,两球在图示实线位置静止。现将B球向左移动少许,发现A球随之移动,两球在虚线位置重新平衡,则重新平衡时的情况与移动前相比,下列说法中正确的是( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.墙面对A的弹力变小
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.斜面对B的弹力变大
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.推力F变小
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.两小球之间的距离变小
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】AC
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】以A、B两球整体为研究对象,受力分析如图甲所示,由平衡条件得FBcosα=(mA+mB)g,FA=F+FBsinα,且α角为定值。以A为研究对象受力分析如乙图所示,由平衡条件得F电cosβ=mAg,FA=F电sinβ,且β角减小。整理可得F电=mAgcosβ,随β角减小,F电减小,结合库仑定律可知,两小球之间的距离变大,D项错误;由FA=F电sinβ可判断FA减小,A项正确;FB=mA+mBgcosα不变,B项错误;推力F=FA-FBsinα减小,C项正确。
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)6.在匀强电场中,将一质量为m、电荷量为q的小球由静止释放,带电小球的运动轨迹为一直线,该直线与竖直方向的夹角为θ,如图所示。则匀强电场的场强大小为( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.最大值是mgtanθq
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.最小值为mgsinθq
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.唯一值是mgtanθq
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.以上都不对
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】B
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】依题意,带电小球所受合力方向与竖直方向的夹角为θ,根据平行四边形定则可知,当电场力方向与合力方向垂直时,场强最小,如图,则sin θ=qEminmg,所以Emin=mgsinθq,选项B正确。又由图可知场强的取值不是唯一而且没有最大值,所以A、C、D错误。
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)7.(多选)如图所示,在点电荷Q产生的电场中,实线MN是一条方向未标出的电场线,虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。设电子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB,电势能分别为EpA、EpB。下列说法正确的是( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.电子一定从A向B运动
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.若aA>aB,则Q靠近M端且为正电荷
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.无论Q为正电荷还是负电荷一定有EpA<EpB
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.B点电势可能高于A点电势
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】BC
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】电子在电场中做曲线运动,虚线AB是电子只在静电力作用下的运动轨迹,电场力沿电场线直线曲线的凹侧,电场的方向与电场力的方向相反,如图所示。由所知条件无法判断电子的运动方向,故A项错误;若aA>aB,说明电子在M点受到的电场力较大,M点的电场强度较大,根据点电荷的电场分布可知,靠近M端为场源电荷的位置,应带正电,故B项正确;无论Q为正电荷还是负电荷,一定有电势φA>φB,电子电势能Ep=-eφ,电势能是标量,所以一定有EpA<EpB,故C项正确,D项错误。
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)8.(多选)用细绳拴一个质量为m、带正电的小球B,另一也带正电小球A固定在绝缘竖直墙上,A、B两球与地面的高度均为h,小球B在重力、拉力和库仑力的作用下静止不动,如图所示。现将细绳剪断后( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.小球B在细绳剪断瞬间起开始做平抛运动
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.小球B在细绳剪断瞬间加速度大于g
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.小球B落地的时间小于2hg
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.小球B落地的速度大于2gh
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】BCD
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】将细绳剪断瞬间,小球B受到重力和库仑力的共同作用,合力斜向右下方,并不是只有重力的作用,因此从剪断细绳瞬间起开始,小球B不可能做平抛运动,且加速度大于g,故A错误,B正确;小球在落地过程中,除受到重力外,还受到库仑斥力,那么竖直方向的加速大于g,因此小球B落地的时间小于2hg,落地的速度大于2gh,故C、D正确。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)ldJ物理好资源网(原物理ok网)9.如图所示,等量异种电荷A、B固定在同一水平线上,竖直固定的光滑绝缘杆与AB连线的中垂线重合,C、D是绝缘杆上的两点,ACBD构成一个正方形。一带负电的小球(可视为点电荷)套在绝缘杆上自C点无初速释放,则小球由C运动到D的过程中,下列说法正确的是( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.杆对小球的作用力先增大后减小
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.杆对小球的作用力先减小后增大
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.小球的速度先增大后减小
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.小球的速度先减小后增大
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】A
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】从C到D,电场强度先增大后减小,则电场力先增大后减小,则杆对小球的作用力先增大后减小,故A正确,B错误。因直杆处于AB连线的中垂线上,所以此线上的所有点的电场方向都是水平向右的,对带电小球进行受力分析,受竖直向下的重力,水平向左的电场力和水平向右的弹力,水平方向上受力平衡,竖直方向上的合力大小等于重力,重力大小不变,加速度大小始终等于重力加速度,所以带电小球一直做匀加速直线运动,故C、D错误。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)10.如图所示,一水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q,一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q的电场),从左端以初速度v0滑上金属板光滑的上表面,向右运动到右端,在运动过程中( )
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)A.小球先做减速运动再做加速运动
ldJ物理好资源网(原物理ok网)B.小球受到的合力的冲量为零
ldJ物理好资源网(原物理ok网)C.小球的电势能先减小,后增加
ldJ物理好资源网(原物理ok网)D.小球先加速运动,后减速运动
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【答案】B
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】金属板的表面是一个等势面,带电小球受到的电场力沿竖直方向,水平方向不受外力,小球做匀速直线运动,电场力不做功,电势能不变,合外力的冲量为零,综上所述,只有B项正确。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)11.如图所示,绝缘水平面上静止着两个质量均为m、电量均为+Q的物体A和B(A、B均可视为质点),
ldJ物理好资源网(原物理ok网)它们间的距离为r,与水平面间的动摩擦因数均为μ。求:
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)(1)A受的摩擦力为多大?
ldJ物理好资源网(原物理ok网)(2)如果将A的电量增至+4Q,两物体开始运动,当它们的加速度第一次为零时,A、B各运动了多远距离?
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】(1)由平衡条件可知A受的摩擦力f=F=kQ2r2。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)(2)物体运动后,当加速度a=0时,设A、B间距离为r′。根据牛顿第二定律:
ldJ物理好资源网(原物理ok网)k4Q2r′2-μmg=0
ldJ物理好资源网(原物理ok网)得r′=2Qkμmg
ldJ物理好资源网(原物理ok网)由题意可知A、B运动的距离均为s=r′-r2
ldJ物理好资源网(原物理ok网)故s=Qkμmg-r2。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)12.如图所示,在光滑绝缘水平面上B点的正上方O处固定一个质点,在水平面上的A点放另一个质点,两个质点的质量均为m,带电荷量均为+Q。C为AB直线上的另一点(O、A、B、C位于同一竖直平面上),A、O间的距离为L,A、B和B、C间的距离均为L2,在空间加一个水平方向的匀强电场后A处的质点处于静止状态。试问:
ldJ物理好资源网(原物理ok网) ldJ物理好资源网(原物理ok网)(1)该匀强电场的场强为多大?其方向如何?
ldJ物理好资源网(原物理ok网)(2)给A处的质点一个指向C点的初速度,该质点到达B点时所受的电场力为多大?
ldJ物理好资源网(原物理ok网)(3)若指向C点的初速度大小为v0,质点到达C点时的加速度和速度分别为多大?
ldJ物理好资源网(原物理ok网)【解析】(1)根据库仑定律有F=kQ2L2
ldJ物理好资源网(原物理ok网)根据共点力平衡条件有Fsin30°=EQ
ldJ物理好资源网(原物理ok网)由以上两式得E=Fsin30°Q=kQ2L2,方向由A指向C(或水平向右)。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)(2)小球在B点受到的库仑力F库=kQ2Lsin60°2
ldJ物理好资源网(原物理ok网)由平行四边形定则得合电场力
ldJ物理好资源网(原物理ok网)F合=EQ2+kQ2Lsin60°22=73kQ26L2。
ldJ物理好资源网(原物理ok网)(3)由牛顿第二定律得a=kQ2sin30°L2+EQm=kQ2mL2
ldJ物理好资源网(原物理ok网)根据动能定理有EQL=12mv2-12mv20
ldJ物理好资源网(原物理ok网)由此得v=kQ2mL+v20。
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