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- 2021-05-23 发布
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2020届一轮复习人教版 电场力的性质 课时作业
1.(2018·全国卷Ⅰ)如图,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5 cm,bc=3 cm,ca=4 cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则( )
A.a、b的电荷同号,k= B.a、b的电荷异号,k=
C.a、b的电荷同号,k= D.a、b的电荷异号,k=
答案 D
解析 对固定的小球c受到的库仑力进行分析,要使c球受到的库仑力合力与a、b的连线平行,则竖直方向小球c受到的库仑力合力为零,则a、b的电荷必须异号,如图所示,则有:k·sinα=k·sinβ,故===,D正确。
2.(2016·浙江高考)如图所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近,贴在A、B下部的金属箔都张开,( )
A.此时A带正电,B带负电
B.此时A电势低,B电势高
C.移去C,贴在A、B下部的金属箔都闭合
D.先把A和B分开,然后移去C,贴在A、B下部的金属箔都闭合
答案 C
解析 由于静电感应,使A带负电,B带等量正电,若移去C,A、B所带等量正负电荷中和,金属箔闭合,所以C正确,A错误;处于电场中的导体是等势体,B错误;若先把A、B分开,然后移去C,A、B所带电荷就不能中和,金属箔不再闭合,D错误。
3.(2016·浙江高考)(多选)如图所示,把A、B两个相同的导电小球分别用长为0.10 m的绝缘细线悬挂于OA和OB两点。用丝绸摩擦过的玻璃棒与A球接触,棒移开后将悬点OB移到OA点固定。两球接触后分开,平衡时距离为0.12 m。已测得每个小球质量是8.0×10-4 kg,带电小球可视为点电荷,重力加速度g=10 m/s2,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,则( )
A.两球所带电荷量相等
B.A球所受的静电力为1.0×10-2 N
C.B球所带的电荷量为4×10-8 C
D.A、B两球连线中点处的电场强度为0
答案 ACD
解析 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷,与A球接触后A球也带正电荷,两球接触后分开,B球也带正电荷,且两球所带电荷量相等,A项正确;两球相互排斥,稳定后A球受力情况如图所示
sinθ==0.60,θ=37°
F库=mgtan37°=6.0×10-3 N,B项错误;
F库=k
QA=QB=Q,r=0.12 m
联立得Q=4×10-8 C,故C项正确;
由等量同种点电荷产生的电场的特点可知,A、B两球连线中点处的场强为0,故D项正确。
4.(2018·北京高考节选)静电场可以用电场线和等势面形象描述。
(1)请根据电场强度的定义和库仑定律推导出点电荷Q的场强表达式;
(2)点电荷的电场线和等势面分布如图所示,等势面S1、S2到点电荷的距离分别为r1、r2。我们知道,电场线的疏密反映了空间区域电场强度的大小。请计算S1、S2上单位面积通过的电场线条数之比。
答案 (1)k (2)
解析 (1)在距Q为r的位置放一电荷量为q的检验电荷,根据库仑定律,检验电荷受到的电场力F=k,根据电场强度的定义E=,得E=k。
(2)穿过每个面的电场线的总条数是相等的,若面积大,则单位面积上通过的条数就少,故通过两等势面单位面积上的电场线条数之比===。
5.(2017·北京高考)如图所示,长l=1 m的轻质细绳上端固定,下端连接一个可视为质点的带电小球,小球静止在水平向右的匀强电场中,绳与竖直方向的夹角θ=37°。已知小球所带电荷量q=1.0×10-6 C,匀强电场的场强E=3.0×103 N/C,取重力加速度g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:
(1)小球所受电场力F的大小。
(2)小球的质量m。
(3)将电场撤去,小球回到最低点时速度v的大小。
答案 (1)3.0×10-3 N (2)4.0×10-4 kg
(3)2.0 m/s
解析 (1)F=qE=3.0×10-3 N。
(2)由=tan37°,
得m=4.0×10-4 kg。
(3)由mgl(1-cos37°)=mv2,
得v==2.0 m/s。
配套课时作业
时间:45分钟 满分:100分
一、选择题(本题共10小题,每小题7分,共70分。其中1~6为单选,7~10为多选)
1.一带负电荷的质点,在电场力作用下沿曲线abc从a运动到c,已知质点的速率是递减的。关于b点电场强度E的方向,下列图示中可能正确的是(虚线是曲线在b点的切线)( )
答案 D
解析 由a至c曲线的弯曲情况可知质点受力方向指向图中虚线的右下方,质点在b点的速度vb方向如图所示,由a至c速率递减可知受力方向与速度的方向的夹角为钝角,大致如图中F,α角大于90°,因为质点带负电荷,故场强方向应与F方向相反,D正确。
2.如图所示,A、B两带电小球的质量分别为m1、m2,电荷量分别为q1、q2,两小球用绝缘细线悬挂于O点,平衡时A、B两球处于同一高度,与竖直方向的夹角分别为30°、60°,已知细线OA长为l,重力加速度为g,静电力常量为k。则( )
A.A、B间库仑力大小为m2g
B.细线OA的弹力大小为m1g
C.A、B间库仑力大小为k
D.A、B的质量之比为m1∶m2=3∶2
答案 B
解析 以B球为研究对象,受力分析如图1所示,可知A、B间库仑力大小为F=m2gtan60°=m2g,A错误;以A球为研究对象,受力分析如图2所示,可知A、B间库仑力大小为F=m1gtan30°=m1g,F弹A==m1g,B正确;由几何关系可知,A、B两球之间的距离为2l,由库仑定律知A、B两球间库仑力大小为F=k=k,C错误;由F=m1g,F=m2g,则m1∶m2=3∶1,D错误。
3.(2018·武汉调研)a、b、c三个点电荷仅在相互之间的静电力的作用下处于静止状态。已知a所带的电荷量为+Q,b所带的电荷量为-q,且Q>q。关于电荷c,下列判断正确的是( )
A.c一定带负电
B.c所带的电荷量一定大于q
C.c可能处在a、b之间
D.如果固定a、b,仍让c处于平衡状态,则c的电性、电荷量、位置都将唯一确定
答案 B
解析 根据点电荷所受的电场力方向以及受力平衡来确定各自电性,可以得出三个点电荷若要平衡应处于同一条直线上,处于两端的点电荷的电性相同且与中间点电荷的电性相反,即“两同夹一异”,又因为Q>q,根据库仑定律来确定电场力的大小,并由平衡条件来确定各自电荷量的大小,因此一定为“两大夹一小”,c所带电荷量一定大于q,且c必须带正电,在b的另一侧,A、C错误,B正确;如果固定a、b,因Q>q,则在a、b形成的静电场中,只有b的另一边仅存在一点场强为零,c放在此处时受力平衡,位置固定,而c的电荷量和电性均不确定,D错误。
4.(2018·山东六校联考)某区域的电场线分布情况如图所示,M、N、P是电场中的三个点,下列说法正确的是( )
A.负电荷由M点移动到P点,电场力做正功
B.正电荷在M点的电势能小于其在N点的电势能
C.同一电荷在N点受到的电场力大于其在M点所受的电场力
D.M点和N点电场强度的方向相同
答案 C
解析 沿着电场线的方向电势降低,故φM>φN,φM>φP,所以M、P两点电势差UMP>0,由电场力做功与电势差关系可知,负电荷由M点到P点,电场力做负功,A项错误;正电荷在电势较高的位置电势能较大,B项错误;由电场线的疏密程度表示电场强度大小可判断N点电场强度大于M点电场强度,所以同一电荷在N点所受电场力较大,C项正确;电场强度的方向沿电场线的切线方向,故M点和N点的电场强度方向不同,D项错误。
5.一负电荷从电场中A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的vt图象如图所示,则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下图中的( )
答案 C
解析 由vt图可知负电荷在电场中做加速度越来越大的加速运动,故电场线应由B指向A,且A到B场强变大,电场线变密,C正确。
6.如图所示,一个均匀的带电圆环,电荷量为+Q,半径为R,放在绝缘水平桌面上。圆心为O点,过O点作一竖直线,在此线上取一点A,使A到O点的距离为R,在A点放一检验电荷+q,则+q在A点所受的电场力为( )
A.,方向向上 B.,方向向上
C.,方向水平向左 D.不能确定
答案 B
解析 先把带电圆环分成若干个小部分,每一部分可视为点电荷,各点电荷对检验电荷的库仑力在水平方向上相互抵消,竖直向上的电场力大小为=,故选B。
7.有五个半径均为r的球体A、B、C、D、E,其中A和B是用相同的塑料制成的,所带电荷量均为+q(q>0);C、D和E均用相同的金属制成,C和D所带电荷量为+q,E所带电荷量为-7q。静电力常量用k表示。关于摩擦起电和库仑力,下列说法正确的是( )
A.摩擦起电的过程,是一个物体得到电子,另一个物体得到原子核的过程
B.若A、B两球心相距6r,则A、B间的库仑力大小为
C.若C、D两球心相距6r,则C、D间的库仑力大小为
D.若D、E两球心相距90r,D和E接触后各自放回原处,则D、E间的库仑力大小为
答案 BD
解析 摩擦起电的过程是一个物体得到电子,另一个物体失去电子的过程,A错误;因为绝缘体上的电荷是不能移动的,其电荷不会重新分布,对其他电荷的作用效果与点电荷类似,则电荷分布均匀的绝缘球体可视为点电荷,A、B两球间的库仑力大小为,B正确;C、D两球心间的距离为6r,没有远大于球的半径r,两球不能视为点电荷,由于同种电荷相互排斥,C、D上的电荷分布不均匀,等效点电荷间的距离将大于6r,则C、D间的库仑力小于,C错误;两个大小相同的带异种电荷的金属球接触后正负电荷先中和,再平分,D和E接触后所带的电荷量均为=-3q,各自放回原处,球心间距离远大于球的半径,球可视为点电荷,则D、E间的库仑力大小为,D正确。
8.(2018·海南五校模拟)如图所示,在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同号正点电荷,在x轴上C点有负点电荷,它们所带电荷量均为Q,且CO=OD=r,∠ADO=60°。下列判断正确的是( )
A.若仅将A、B两处点电荷的电荷量同时等量地缓慢增大,则O点电场强度增大
B.若仅将A、B两处点电荷的电荷量同时等量地缓慢减小,则D点电场强度减小
C.若仅将C处点电荷的电荷量缓慢减小,则O点电场强度减小
D.若仅将C处点电荷的电荷量缓慢减小,则D点电场强度增大
答案 CD
解析 A、B两处点电荷在O点产生的合场强为零,C处的点电荷在O点产生的场强为EO=k,所以仅将A、B两处点电荷的电荷量同时等量地缓慢增大时,O点电场强度不变,若仅将C处点电荷的电荷量缓慢减小,O点电场强度减小,即A错误,C正确。由几何知识知A、B两处点电荷在D点产生的场强与C处点电荷在D点产生的场强大小相等,方向相反,合场强为零,若仅将A、B两处点电荷的电荷量同时等量地缓慢减小,则D点电场强度增大,若仅将C处点电荷的电荷量缓慢减小,则同理得D点电场强度增大,所以B错误,D正确。
9.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( )
答案 AB
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A、B连线的垂直平分线。如果P、N相距足够远,小球C从很远处开始向O点运动,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,vt图线的斜率先变大后变小;由O点到很远处,速度变化情况与另一侧速度的变化情况具有对称性,则B正确。如果P、N相距很近,同理可知A正确。
10.(2018·安庆模拟)如图,倾角为θ的绝缘斜面ABC置于粗糙的水平地面上,一质量为m、带电量+q的小物块(可看做是点电荷)恰好能在斜面上匀速下滑,若在AB中点D的正上方与B等高的位置固定一带电量+Q的点电荷,再让物块以某一速度从斜面上滑下,物块在下滑至底端的过程中,斜面保持静止不动,在不考虑空气阻力和物块电荷没有转移的情况下,关于在物块下滑过程的分析正确的是( )
A.在BA之间,物块将做加速直线运动
B.在BD之间,物块受到的库仑力先增大后减小
C.在BA之间,斜面对地面的压力有可能不变
D.在BA之间,斜面受到地面的摩擦力均为零
答案 BD
解析 原来小物块受重力、支持力和摩擦力,物块恰好能在斜面上匀速下滑,说明摩擦力和支持力的合力与重力平衡,放上+Q电荷后,开始一段时间,库仑力对于物块是阻力,且摩擦力变大,则导致其做减速运动,故A错误;根据库仑定律,在BD
之间,电荷间的间距先减小后增大,则物块受到的库仑力先增大后减小,故B正确;开始时刻小物块受重力、支持力和摩擦力,物块恰好能在斜面上匀速下滑,说明摩擦力和支持力的合力与重力平衡,是竖直向上的,根据牛顿第三定律,物块对斜面体的压力和物块对斜面体的摩擦力的合力是竖直向下的,增加电场力后,小物块对斜面体的压力和摩擦力成正比例增加,物块对斜面体的压力和摩擦力的合力仍然是竖直向下的,再对斜面体受力分析,受重力、物块对斜面体的压力和摩擦力、支持力,不受地面的摩擦力,否则合力不为零,从整体分析,在BA之间,因库仑斥力,导致斜面对地面的压力增大,故C错误,D正确。
二、非选择题(本题共2小题,共30分)
11.(14分)如图所示,真空中xOy平面直角坐标系上的A、B、C三点构成等边三角形,边长L=2.0 m。若将电荷量均为q=+2.0×10-6 C的两点电荷分别固定在A、B点,已知静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,求:
(1)两点电荷间的库仑力大小;
(2)C点的电场强度的大小和方向。
答案 (1)9.0×10-3 N
(2)7.8×103 N/C 方向沿y轴正方向
解析 (1)根据库仑定律,A、B两点电荷间的库仑力大小为F=k①
代入数据得F=9.0×10-3 N②
(2)A、B两点电荷在C点产生的电场强度大小相等,均为E1=k③
A、B两点电荷形成的电场在C点的合电场强度大小为E=2E1cos30°④
由③④式并代入数据得
E=7.8×103 N/C,电场强度E的方向沿y轴正向。
12.(2018·重庆二模)(16分)如图所示,用一根绝缘细线悬挂一个带电小球,小球的质量为m,电荷量为q,现加一水平的匀强电场,平衡时绝缘细线与竖直方向夹角为θ。
(1)试求这个匀强电场的场强E的大小;
(2)如果将电场方向顺时针旋转θ角、大小变为E′后,小球平衡时,绝缘细线仍与竖直方向夹角为θ,则E′的大小又是多少?
答案 (1) (2)
解析 (1)对小球受力分析,受到重力、电场力和细线的拉力,如图甲所示。
由平衡条件得:mgtanθ=qE
解得:E=。
(2)将电场方向顺时针旋转θ角、大小变为E′后,电场力方向也顺时针转过θ角,大小为F′=qE′,此时电场力与细线垂直,如图乙所示。
根据平衡条件得:mgsinθ=qE′
则得:E′=。