2020-2021学年高中物理人教版选修3-1练习：1.4-习题课-电场的力的性质.docx

库仑力作用下的平衡图1461两个通电小球带电后相互排斥，如图146所示两悬线跟竖直方向各有一个夹角、，且两球在同一水平面上两球质量用m和M表示，所带电量用q和Q表示若已知，则肯定有关系()A两球肯定带同种电荷Bm肯定小于MCq肯定大于QDm受到的电场力肯定大于M所受电场力答案AB解析库仑力同样满足牛顿第三定律，满足共点力平衡条件由图示可知两小球相互排斥，故A正确、D错误；偏角的大小与小球的质量和悬线的长度有关，故B正确电场线与运动轨迹图1472一带电粒子从电场中的A点运动到B点，轨迹如图147中虚线所示不计粒子所受重力，则()A粒子带正电荷B粒子加速度渐渐减小CA点的速度大于B点的速度D粒子的初速度不为零答案BCD解析带电粒子所受合外力(即静电力)指向轨迹内侧，知静电力方向向左，粒子带负电荷依据EAEB，知B项正确；粒子从A到B受到的静电力为阻力，C项正确由于电场线为直线，故粒子在A点速度不为零，D正确电场力与牛顿其次定律的结合图1483用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为1.0102 kg，所带电荷量为2.0108 C现加一水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直线成30角，绳长L0.2 m，求：(1)这个匀强电场的电场强度大小(2)突然剪断轻绳，小球做什么运动？加速度大小和方向如何？答案(1)107 N/C(2)做匀加速直线运动 m/s2与绳子拉力方向相反解析(1)依据共点力平衡得，qEmgtan 30解得E107 N/C.(2)突然剪断轻绳，小球受重力和电场力，初速度为零，做匀加速直线运动F合maa m/s2加速度方向与绳子拉力方向相反.(时间：60分钟)题组一对电场强度的理解1下列关于电场强度的说法中正确的是()A公式E只适用于真空中点电荷产生的电场B由公式E可知，电场中某点的电场强度E与摸索电荷在电场中该点所受的电场力成正比C在公式Fk中，k是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1处的场强大小；而k是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2处场强的大小D由公式Ek可知，在离点电荷格外近的地方(r0)，电场强度E无穷大答案C解析电场强度的定义式E适用于任何电场，故A错误；电场中某点的电场强度由电场本身打算，而与电场中该点是否有摸索电荷或引入摸索电荷所受的电场力无关，故B错误；点电荷间的相互作用力是通过电场产生的，故C正确；公式E是点电荷产生的电场中某点场强的计算式，当r0时，所谓“点电荷”已不存在，该公式已不适用，故D错误故选C.2如图149所示，金属板带电量为Q，质量为m的金属小球带电量为q，当小球静止后，悬挂小球的绝缘细线与竖直方向间的夹角为，小球与金属板中心O恰好在同一条水平线上，且距离为L.下列说法正确的是()图149AQ在小球处产生的场强为E1BQ在小球处产生的场强为E1Cq在O点产生的场强为E2Dq在O点产生的场强为E2答案BC解析金属板不能看作点电荷，在小球处产生的场强不能用E计算，故A错误；依据小球处于平衡得小球受电场力Fmgtan ，由E得：E1，B正确；小球可看作点电荷，在O点产生的场强E2，C正确；依据牛顿第三定律知金属板受到小球的电场力大小为Fmgtan ，但金属板不能看作摸索电荷，故不能用E求场强，D错误故选B、C.图14103如图1410所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为q外，其余各点处的电荷量均为q，则圆心O处()A场强大小为，方向沿OA方向B场强大小为，方向沿AO方向C场强大小为，方向沿OA方向D场强大小为，方向沿AO方向答案C解析A处放一个q的点电荷与在A处同时放一个q和2q的点电荷的效果相当因此可以认为O处的场强是五个q和一个2q的点电荷产生的场强合成的，五个q处于对称位置上，在圆心O处产生的合场强为0，所以O点的场强相当于2q在O处产生的场强故选C.题组二电场线、运动轨迹图14114如图1411所示，实线表示匀强电场中的电场线，一带电粒子(不计重力)经过电场区域后的轨迹如图中虚线所示，a、b是轨迹上的两点，关于粒子的运动状况，下列说法中可能的是()A该粒子带正电荷，运动方向为由a至bB该粒子带负电荷，运动方向为由a至bC该粒子带正电荷，运动方向为由b至aD该粒子带负电荷，运动方向为由b至a答案BD图14125如图1412所示的电场中，虚线为某带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹，a、b、c是轨迹上的三个点，则()A粒子肯定带正电B粒子肯定是从a点运动到b点C粒子在c点加速度肯定大于在b点加速度D粒子在电场中c点的速度肯定大于在a点的速度答案AC解析曲线运动的物体，合力指向运动轨迹的内侧，由此可知，带电的粒子受到的电场力的方向为沿着电场线向左，所以粒子带正电，A正确；粒子不肯定是从a点沿轨迹运动到b点，也可能从b点沿轨迹运动到a点，B错误；由电场线的分布可知，电场线在c点的受力较大，加速度肯定大于在b点加速度，C正确；粒子从c到a的过程，电场力与速度成锐角，所以粒子做加速运动，在c点的速度肯定小于在a点的速度，D错误；故选AC.6.图1413如图1413所示，a、b两点为负点电荷Q的电场中，以Q为圆心的同一圆周上的两点，a、c两点为同一条电场线上的两点，则以下说法中正确的是()Aa、b两点场强大小相等B同一检验电荷在a、b两点所受电场力相同Ca、c两点场强大小关系为EaEcDa、c两点场强方向相同答案AD解析负点电荷形成的电场中，各点的场强方向都由该点指向场源电荷，a、c两点在同一条电场线上，因此两点的场强方向相同，即选项D正确；场强大小可以依据电场线的疏密程度加以判定，由于c处电场线比a处密，故a、c两点场强大小关系为EcEa，C错误；a、b两点处在同一圆周上，电场线疏密程度相同，因此a、b两点场强大小相等，但方向不同，放同一检验电荷在a、b两点所受电场力大小相等，方向不同，故A正确，B错误题组三电场力作用下的平衡图14147如图1414所示，在一电场强度沿纸面方向的匀强电场中，用一绝缘丝线系一带电小球，小球的质量为m，电荷量为q，为了保证当丝线与竖直方向的夹角为60时，小球处于平衡状态，则匀强电场的场强大小可能为()A. B.C. D.答案ACD解析取小球为争辩对象，它受到重力mg、丝线的拉力F和电场力Eq的作用因小球处于平衡状态，则它受到的合外力等于零，由平衡条件知，F和Eq的合力与mg是一对平衡力依据力的平行四边形定则可知，当电场力Eq的方向与丝线的拉力方向垂直时，电场力为最小，如图所示，则Eqmgsin 60，得最小场强E.所以，选项A、C、D正确图14158如图1415所示，水平粗糙绝缘杆从物体A中心的孔穿过，A的质量为M，用绝缘细线将另一质量为m的小球B与A连接，整个装置所在空间存在水平向右的匀强电场E，A不带电，B带正电且电荷量大小为Q，A、B均处于静止状态，细线与竖直方向成角则()A细线中张力大小为B细线中张力大小为C杆对A的摩擦力大小为QED杆对A的支持力大小为Mg答案ABC解析对小球B受力分析有，重力mg、电场力EQ，绳子的拉力T，依据平衡可知Tcos mg，所以细线中张力大小为T，A选项正确；由平衡条件知：tan ，故T，B选项正确；以整体为争辩对象，受重力、杆的支持力、电场力、摩擦力，摩擦力与电场力平衡，即杆对A的摩擦力大小为QE，故C选项正确；杆对A的支持力大小为(Mm)g，D选项错误；故选A、B、C.图14169如图1416所示，三个点电荷q1、q2、q3固定在同始终线上，q2与q3间距离为2r, q1与q2间距离为r，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电荷量之比为()A(9)4(36) B9436C(3)2(6) D326答案A解析分别取三个点电荷为争辩对象，由于三个点电荷只在静电力(库仑力)作用下保持平衡，所以这三个点电荷不行能是同种电荷，这样可马上排解B、D选项，故正确选项只可能在A、C中若选q2为争辩对象，由库仑定律知kk知：q34q1.选项A恰好满足此关系，明显正确选项为A.图141710如图1417所示，在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B，A带电荷量Q，B带电荷量9Q.现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷处于平衡状态，问：C应带什么性质的电荷？应放于何处？所带电荷量为多少？答案负电A的左边0.2 m处Q解析依据平衡条件推断，C应带负电荷，放在A的左边且和AB在一条直线上设C带电荷量为q，与A点相距为x，由平衡条件：以A为争辩对象，则kk以C为争辩对象，则kk联立解得xr0.2 m，qQ故C应带负电荷，放在A的左边0.2 m处，带电荷量为Q.题组四电场力与牛顿定律的综合应用图141811如图1418所示，水平光滑的绝缘细管中，两相同的带电金属小球相向运动，当相距L时，加速度大小均为a，已知A球带电荷量为q，B球带电荷量为3q.当两球相碰后再次相距为L时，两球加速度大小为多大？答案aa解析设两球的质量均为m，开头两球相距L时，库仑力大小为：F，则a相碰后两球电荷量先中和，后平分，所以带电荷量均为q，两球再次相距为L时，库仑力F，则两球加速度均为a由式得aa.图141912如图1419所示，在竖直放置的光滑半圆弧绝缘细管的圆心O处固定一点电荷，将质量为m，带电荷量为q的小球从圆弧管的水平直径端点A由静止释放，小球沿细管滑到最低点B时，对管壁恰好无压力求：(1)固定于圆心处的点电荷在AB弧中点处的电场强度大小；(2)若把O处固定的点电荷拿走，加上一个竖直向下场强为E的匀强电场，带电小球仍从A点由静止释放，下滑到最低点B时，小球对环的压力多大？答案(1)(2)3(mgqE)解析(1)由A到B，由动能定理得：mgrmv20在B点，对小球受力分析，由牛顿其次定律有：qEmgm联立以上两式解得：E由于O点固定的是点电荷Q，由Ek可知：等势面上各处的场强大小均相等，即AB弧中点处的电场强度为E(2)设小球到达B点时的速度为v，由动能定理得：(mgqE)rmv2设在B点处环对小球的弹力为N，由牛顿其次定律得：NmgqEm联立两式，解得小球在B点受到环的压力为：N3(mgqE)由牛顿第三定律得：小球在B点对环的压力大小为N3(mgqE)图142013长为L的绝缘细线下系一带正电的小球，其带电荷量为Q，悬于O点，如图1420所示当在O点另外固定一个正电荷时，假如球静止在A处，则细线拉力是重力mg的两倍，现将球拉至图中B处(60)，放开球让它摇摆，问： (1)固定在O处的正电荷的带电荷量为多少？(2)摆球回到A处时悬线拉力为多少？答案(1)(2)3mg解析(1)球静止在A处经受力分析知受三个力作用：重力mg、静电力F和细线拉力F拉，由受力平衡和库仑定律列式：F拉FmgFkF拉2mg三式联立解得：q.(2)摆回的过程只有重力做功，所以机械能守恒，规定最低点重力势能等于零，有：mgL(1cos 60)mv2，F拉mgFm由(1)知静电力Fmg，解上述三个方程得：F拉3mg.