高中物理静电场
静电场
(2012上海)11.A 、B 、C 三点在同一直线上,AB :BC =1:2,B 点位于A 、C 之间,在B 处固定一电荷量为Q 的点电荷。当在A 处放一电荷量为+q 的点电荷时,它所受到的电场力为F ;移去A 处电荷,在C 处放一电荷量为-2q 的点电荷,其所受电场力为( (A )-F /2 (B )F /2 11. 【考点】本题考查库仑定律
(C )-F
(D )F
)
【解析】设AB =r ,BC =2r ,由题意可知F =k
Qq Q 2q 1Qq
'F =k =k 2,故;而22
r (2r ) 2r
F '=
1
F ,选项B 正确。 2
【答案】B
(2012上海)20.如图,质量分别为m A 和m B 的两小球带
有同种电荷,电荷量分别为q A 和q B ,用绝缘细线悬挂在天花板上。平衡时,两小球恰处于同一水平位置,细线与竖直方向间夹角分 别为θ1与θ2(θ1>θ2)。两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动,最大速度分别为v A 和v B ,最大动能分别为E kA 和E kB 。则(
(A )m A 一定小于m B
(B )q A 一定大于q B
)
(C )v A 一定大于v B (D )E kA 一定大于E kB 20. 【考点】本题考查共点力的平衡和动能定理
【解析】分别以A 、B 球为研究对象进行受力分析可知两球间的库仑力为
F =m A g tan θ1=m B g tan θ2,而θ1>θ2,故m A
衡时,两小球恰处于同一水平位置,且θ1>θ2,故两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动到最低点,A 球下降的高度要大一些,因而选项C 正确。最大动能等于mgh(1-cosθ)/cosθ=mghtanθ tan(θ/2),由于mghtan θ相等,因此开始θ大的球最大动能大.(tan(θ/2)=(1-cosθ)/sinθ)
【答案】ACD
(2012新课标)18如图,平行板电容器的两个极板与水平地面成角度,两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子 A .所受重力与电场力平衡 B .电势能逐渐增加 C .动能逐渐增加
D .做匀变速直线运动
18. 【答案】BD
【解析】受力分析如图所示,知重力与电场力的合力与速度方向相反,所以粒子做匀减速直线运动,动能减小,所以A 、C 错误,D 正确;因为电场力与速度方向夹角为钝角,所以电场力做负功,电势能增加,即B 正确。
(2012 大纲卷)24. (16分)(注意:在试题卷上作答无效) .........
如图,一平行板电容器的两个极板竖直放置,在两极板间有一带电小球,小球用一绝缘清线悬挂于O 点。先给电容器缓慢充电,使两级板所带电荷量分别为﹢Q 和﹣Q ,此时悬线与竖直方向的夹角为π/6。再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增加到π/3,且小球与两极板不接触。求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量。
24. 解:第一次充电后,设电容器的电容为C ,则第一次充电Q 后,电容器两极板间电势差
U 1=
Q , C
U 1
, d
两板间为匀强电场,场强E 1=
设电场中小球带电量为q ,则所受电场力F 1=E 1q
小球在电容器中受重力,电场力和拉力平衡,由平衡条件有:F 1=mg tan θ1 综合以上各式得:mg tan θ1=
Cd
Q ' q
Cd
第二次充电后,电容器带电量为Q', 同理可得:mg tan θ2=
解得:Q ' =3Q 所以∆Q =Q ' -Q =2Q 【参考答案】∆Q =2Q
(2012 广东)20. 图5是某种静电矿料分选器的原理示意图,带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后,分落在收集板中央的两侧,对矿粉分离的过程,下列表述正确的有
A. 带正电的矿粉落在右侧 B. 电场力对矿粉做正功 C. 带负电的矿粉电势能变大 D. 带正电的矿粉电势能变小 【考点】带电粒子在电场中的运动 【答案】BD
【解析】带正电粒子受电场力向左,落在左侧;电场力对矿粉做正功;其矿粉的电势能减小,动能增加;正确选项为BD 。
(2012 福建)15. 如图,在点电荷Q 产生的电场中,将两个带正电的试探电荷别置于A 、B 两点,虚线为等势线。取无穷远处为零电势点,若将过程中外力克服电场力做的功相等,则下列说法正确的是
q 、q
1
2
分
q 、q
1
2
移动到无穷远的
A .A 点电势大于B 点电势 B .A 、B 两点的电场强度相等 C .D .
q 的电荷量小于q
11
2
的电荷量
在B 点的电势能
q 在A 点的电势能小于q
2
【考点】考查点电荷电场中电势、电场强度分布的特点,考查电场力做功与电势能变化的关系。
【解析】将正的点电荷从电场中移到无穷远处要克服电场力做功,说明点电荷Q 带负电,在负的点电荷电场中离负电荷越远处电势越高,因此A 点电势小于B 点电势,A 项错误;离点
电荷越远处电场强度越小,B 项错误;A 点与无穷远处的电势差U 1比B 点与无穷远处的电势差U 2大,由于两电荷移到无穷远处克服电场力做功相等,因此有q 1U 1=q 2U 2,因此q 1小于q 2,C 项正确;由于两电荷移到无穷远处克服电场力做功相等,因此有 q 1ϕA -0=q 2ϕB -0,即q 1ϕA =q 2ϕB ,因此两电荷在A 、B 两点的电势能相等,D 项错误。【答案】C
【方法规律】负的点电荷电场中的电势都为负,离负的点电荷越远电势越高,正的点电荷电场中的电势都为正,离正的点电荷越远电势越低,不论是正的点电荷还是负的点电荷,离电荷越远,场强越小。
(2012 江苏)1.真空中,A 、B 两点与点电荷Q 的距离分别为r 和3r 则A 、B 两点的电场强度大小之比为
A .3:1 B .1:3 C .9:1 D .1:9
1. 【解析】根据库仑定律F =【答案】C
kq 1q 2
,选C 。 r 2
(2012 江苏)2.一充电后的平行板电容器保持两板间的正对面积、间距和电荷量不变,在两板间插入一电介质,其电容C 和两极板间的电势差U 的变化情况是 A .C 和U 均增大 B .C 增大,U 减小 C .C 减小,U 增大 D .C 和U 均减小
2. 【解析】根据C =【答案】B
(2012 山东)19. 图中虚线为一组间距相等的同心圆,圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初速度射入电场,实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹,a 、b 、c 三点是实线与虚线的交点。则该粒子
εS Q
,电容C 增大,根据U =,U 减小,B 正确。 4πkd C
A .带负电
B .在c 点受力最大
C .在b 点的电势能大于在c 点的电势能
D .由a 点到b 点的动能变化大于有b 点到c 点的动能变化 【考点】等势面、电场线、带电粒子在电场中轨迹判断 【答案】CD 【解析】由粒子运动轨迹可判断粒子受斥力作用粒子带正电,A 选项错误;离电荷距离越近
受斥力越大,故a 点受力最大;B 选项错误;由b 点到c 点的运动过程中电场力对粒子做正功,电势能减小,故b 点电势能大于c 点电势能,C 选项正确;ab 与bc 处于等距离同心圆上,靠近电荷的电场强度较大,结合U =Ed 可判断电势差U ab >U bc , 电场力做功
W =qU , W ab >W bc 结合动能定理可知由a 点到b 点的动能变化大于由b 点到c 点的动能
变化,D 选项正确。
(2012四川)24. 如图所示,ABCD 为固定在竖直平面内的轨道,AB 段光滑水平,BC 段位光滑圆弧,对应的圆心角θ=37°,半径r=2.5m,CD 段平直倾斜且粗糙,各段轨道均平滑链接,倾斜轨道所在区域有场强大小为E=2×105N/C、方向垂直于斜轨向下的匀强电场。质量m=5×10-2kg 、电荷量q=+1×10-4C 的小球(视为质点)被弹簧枪发射后,沿水平轨道向左滑行,在C 点以速度v 0=3m/s冲上斜轨。以小物体通过C 点时为计时起点,0.1s 以后,场强大小不变,方向反向。已知斜轨与小物体之间的动摩擦因素为μ=0.25。设小物体的电荷量保持不变,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
(1)求弹簧枪对小物体做的功;
(2)在斜轨上小物体能到达的最高点为P ,球CP 的长。
1
24. 解:(1)设弹簧枪对小物体做功为W f ,由动能定理得W f -mgr (l-cosθ)= mv 02 ①
2
代人数据得W f =0.475J
②
说明:①式4分,②式2分。
(2)取沿平直斜轨向上为正方向。设小物体通过C 点进入电场后的加速度为a 1, 由牛顿第二定律得-mgsinθ-μ(mgcosθ+qE)=ma1
③
小物体向上做匀减速运动,经t 1=0.1s后,速度达到v 1,有 v 1=v 0+a 1t 1③
由③④可知v 1=2.1m/s,设运动的位移为s 1,有 1
s 1=v 0t 1+a 1t 12
2
⑤
电场力反向后,设小物体的加速度为a 2,由牛顿第二定律得 -mgsinθ-μ(mgcosθ-qE)=ma2
⑥
设小物体以此加速度运动到速度为0,运动的时间为t 2,位移为s 2,有 0=v 1+a 2t 2
⑦
⑧
1
s 2=v 1t 2+a 2t 22
2
设CP 的长度为s ,有 s =s 1+s 2
⑨
联立相关方程,代人数据解得 s=0.57m⑩
说明:③⑥式各3分,④⑤⑦⑧⑨式各1分,⑩式2分。
(2012 天津)5. 两个固定的等量异号电荷所产生电厂的等势面如图所示,一带负电的粒子以某一速度从图中A 点沿图示方向进入电场在纸面内飞行,最后离开电场,粒子只受静电力作用,则粒子在电场中
A .作直线运动,电势能先变小后变大 B .作直线运动,电势能先变大后变小 C .做曲线运动,电势能先变小后变大 D .做曲线运动,电势能先变大后变小
5【考点】本题考查等量异种点电荷电场中电势分布的特点。
【解析】带负电的粒子开始在零电势线上,电势能为零,进入电场后在电场力的作用下向上偏转,做曲线运动,电势能减小,最后出电场,电势能又增大为零,因此电子整个过程做曲线运动,电势能先变小后变大,C 项正确。 【答案】C
(2012 浙江)19、用金属箔做成一个不带电的圆环,放在干燥的绝缘桌面上。
小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后,将笔套自上而下慢慢靠近圆环,当距离约为0.5cm 时圆环被吸引到笔套上,如图所示。对上述现象的判断与分析,
下列说法正确的是
A. 摩擦使笔套带电
B. 笔套靠近圆环时,圆环上、下部感应出异号电荷
C. 圆环被吸引到笔套的过程中,圆环所受静电力的合力大于圆环的重力 D. 笔套碰到圆环后,笔套所带的电荷立刻被全部中和 19【答案】ABC
【考点】电荷守恒定律
【解析】绝缘材料做的笔套与头发摩擦,摩擦起电,A 项对;笔套靠近圆环时,圆环上、下部感应出异号电荷 ,感应起电,B 项对;环刚被吸引向上运动,一定是静电力的合力大于圆环的重力,随后距离减小,引力增大,所以整个过程中静电力的合力大于圆环的重力 ,C 项对。笔套碰到圆环后,由于笔套是绝缘体,极少电荷转移,所以圆环上仍然多是感应电荷,不能中和,D 项错。
(2012重庆)20.空中P 、Q 两点处各固定一个点电荷,其中P 点处为正点电荷,P 、Q 两点附近电场的等势面分布如题20图所示,a 、b 、c 、d 为电场中的四个点。则 A .P 、Q 两点处的电荷等量同种 B .a 点和b 点的电场强度相同 C .c 点的电热低于d 点的电势 D .负电荷从a 到c ,电势能减少
20. 考点透析:以特殊电场模型为载体综合考察电场线、电势、电势能等概念 答案:D
解析:根据等势线及电场线(根据电场线垂直等势线画出即可)分布特点可知PQ 两点处为
等量异种电荷;其中a 、b 两点电场强度大小相等,方向不同;由电场线的分布及走向可知 c 点电势高于d 点的电势;负电荷由a 点到c 点电场力做正功,电势能减小;正确选项为D
思维拓展:处理含等势面的电场问题,首先要画出电场线,电场线可以辅助判断场强大小
和电势的高低,以及移动电荷时电场力的做功正负。
(2012海南)3. 如图,直线上有o 、a 、b 、c 四点,ab 间的距离与bc 间的距离相等,在o 点处有固定点电荷,已知b 点电势高于c 点电势. 若一带电负电荷的粒子仅在电场力作用下先从c 点运动到b 点,再从b 点运动到a 点,则( ) A. 两过程中电场力做的功相等
B. 前一过程中电场力做的功大于后一过程中电场力做的功 C. 前一过程中,粒子电势能不断减小 D. 后一过程中,粒子动能不断减小
【考点】电场能的性质 【答案】C 【解析】根据点电荷电场电场线及电势分布可知,b 点电势高于c 点,则O 点固定的是正电荷,负电荷移动过程中电场力做功W =qU , 又U bc
(2012海南)9. 将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷分别用d 、U 、E 和Q 表示. 下列说法正确的是( )
A. 保持U 不变,将d 变为原来的两倍,则E 变为原来的一半 B. 保持E 不变,将d 变为原来的一半,则U 变为原来的两倍 C. 保持d 不变,将Q 变为原来的两倍,则U 变为原来的一半 D. 保持d 不变,将Q 变为原来的一半,则E 变为原来的一半
【考点】电容器 【答案】AD
U
,保持U 不变,将d 变为原来的两倍,E 变为原来的一半,A 对;保持E d
Q εS
不变,将d 变为原来的一半,则U 变为原来的一半,B 错;C =, C =保持d 不变,
U 4πkd
U Q Q Q
C 不变,Q 加倍,U 加倍,C 错;E =则Q 变为原来的一半,===
S S d Cd ⋅d 4πkd 4πk
【解析】E =
E 变为原来的一半,D 对。
(2012海南)12.N (N>1)个电荷量均为q(q>0)的小球,均匀分布在半径为R 的圆周上,示意如图,若移去位于圆周上P 点的一个小球,则圆心O 点处的电场强度大小为________,方向__________.(已知静电力常量为
k)
【考点】电场强度 【答案】k
q
, 方向沿OP 指向P 点 R 2
【解析】移去P 点小球后,余下小球在o 点产生的合场强与p 点小球在O 点产生的场强等大反向,故大小为k
q
, 方向沿OP 指向P 点。 R 2