2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 靜電場 課時作業(yè)19 庫侖定律 電場力的性質(zhì).doc
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2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 靜電場 課時作業(yè)19 庫侖定律 電場力的性質(zhì).doc
課時作業(yè)(十九)庫侖定律 電場力的性質(zhì)
[基礎(chǔ)小題練]
1.(2018金陵中學(xué)模擬)如圖所示,半徑相同的兩個金屬球A、B帶有相等的電荷量,相隔一定距離,兩球之間相互吸引力的大小是F.今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A、B兩球接觸后移開.這時,A、B兩球之間的相互作用力的大小是( )
A. B.
C. D.
【解析】 A、B兩球互相吸引,說明它們必帶異種電荷,設(shè)它們帶的電荷量分別為+q、-q.當(dāng)?shù)谌齻€不帶電的C球與A球接觸后,A、C兩球帶電荷量平分,每個球帶電荷量為q1=+,當(dāng)再把C球與B球接觸后,兩球的電荷先中和再平分,每球帶電荷量q2=-.由庫侖定律F=k知,當(dāng)移開C球后,A、B兩球之間的相互作用力的大小變?yōu)镕′=,A項正確.
【答案】 A
2.光滑絕緣的水平桌面上,固定著帶電荷量為+Q、-Q的小球P1、P2,帶電荷量為+q、-q的小球M、N用絕緣細(xì)桿相連,下列圖中的放置方法能使M、N靜止的是(圖中細(xì)桿的中點均與P1、P2連線的中點重合)( )
【解析】 根據(jù)矢量合成可得,在P1、P2連線的中垂線上的電場強度方向水平向右,故如題圖A、題圖C中放置方式,M、N受力是不可能平衡的,所以A、C錯誤;在P1、P2的連線上電場方向由正電荷指向負(fù)電荷,即水平向右,如題圖B、題圖D放置方式,由對稱性知,M、N所在位置的電場強度大小相等,方向相同,電荷M、N所受電場力等大反向,所以B、D正確.
【答案】 BD
3.A、B是一條電場線上的兩個點,一帶電的微粒僅在靜電力作用下以一定的初速度從A點沿電場線運動到B點,加速度增大.則此電場的電場線分布可能是( )
【解析】 加速度增大,說明電場力增大,即電場強度增大,而電場線的疏密程度表示電場強度,電場線越密,電場強度越大,故A、D正確.
【答案】 AD
4.如圖所示,光滑水平桌面上有A、B兩個帶電小球(可以看成點電荷),A球帶電荷量為+3q,B球帶電荷量為-q,由靜止同時釋放后A球加速度的大小為B球的3倍.現(xiàn)在A、B中點固定一個帶正電的C球(也可看成點電荷),再由靜止同時釋放A、B兩球,結(jié)果兩球加速度大小相等.則C球帶電荷量為( )
A. B.
C. D.
【解析】 由靜止同時釋放后A球加速度的大小為B球的3倍,根據(jù)牛頓第二定律可知,A、B兩個帶電小球的質(zhì)量之比為1∶3;當(dāng)在A、B中點固定一個帶正電的C球,由靜止同時釋放A、B兩球,釋放瞬間兩球加速度大小相等.(1)若兩球的加速度方向相反,即A球向右,B球向左,根據(jù)庫侖定律與牛頓第二定律,對A,k-k=ma,對B,k+k=3ma,綜上解得,QC=q;(2)若兩球的加速度方向相同,即A、B球均向左,根據(jù)庫侖定律與牛頓第二定律,對A,k-k=ma,對B,k+k=3ma,綜上解得,QC=q,故B、C正確,A、D錯誤.
【答案】 BC
5.如圖所示,A、B是點電荷負(fù)Q形成的電場中的兩點(rA<rB).若先后把帶電量很小,不會影響Q形成電場的正點電荷q1、q2(q1>q2)分別放到A點和B點,q1、q2在A點受到的電場力分別為FA1、FA2,在B點受到的電場力分別為FB1、FB2.則下列關(guān)于點電荷所受電場力F和帶電量q的比值的大小的比較中,正確的說法是( )
A.<,< B.<,=
C.>,= D.>,>
【解析】 由題可知,q1、q2在A點受到的電場力分別為FA1、FA2,而A點的電場強度一定,根據(jù)場強的定義式E=可知,==EA,故A錯誤;由點電荷的場強公式E=k分析可知,A點的場強大于B點的場強,則有>,故B錯誤;由上述分析可知,>,=,故C正確,故D錯誤.
【答案】 C
6.如圖所示,點電荷+4Q與+Q分別固定在A、B兩點,C、D兩點將AB連線三等分,現(xiàn)使一個帶負(fù)電的粒子從C點開始以某一初速度向右運動,不計粒子的重力,則該粒子在CD之間運動的速度大小v與時間t的關(guān)系圖象可能是下圖中的( )
【解析】 粒子在AB連線上的平衡位置即為場強為零的位置,所以=,得x=,即在D點,粒子在D點左側(cè)時所受電場力向左,粒子在D點右側(cè)時所受電場力向右,所以粒子的運動情況有以下三種情況:在D點左側(cè)時先向右減速至速度為零然后向左加速運動;粒子能越過D點時,先在D點左側(cè)減速,過D點以后加速運動;或在D點左側(cè)減速,則運動到D點速度減為0,以后一直靜止,所以粒子在CD之間的運動可以用B、C圖象描述,故B、C正確.
【答案】 BC
[創(chuàng)新導(dǎo)向練]
7.以“靜電力演示儀”為背景考查靜電感應(yīng)及庫侖力相關(guān)知識
如圖所示為靜電力演示儀,兩金屬極板分別固定于絕緣支架上,且正對平行放置.工作時兩板分別接高壓直流電源的正負(fù)極,表面鍍鋁的乒乓球用絕緣細(xì)線懸掛在兩金屬板中間,則( )
A.乒乓球的左側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷
B.乒乓球受到擾動后,會被吸在左極板上
C.乒乓球共受到電場力、重力和庫侖力三個力的作用
D.用絕緣棒將乒乓球撥到與右極板接觸,放開后乒乓球會在兩極板間來回碰撞
【解析】 根據(jù)靜電感應(yīng)近異遠(yuǎn)同的特性知乒乓球左側(cè)感應(yīng)出正電荷,A錯誤;乒乓球不可能吸在左極板上,B錯誤;庫侖力就是電場力,C錯誤;乒乓球與右極板接觸后帶正電,在電場力作用下向負(fù)極運動,碰到負(fù)極板,正電荷與負(fù)極板上的負(fù)電荷中和后帶負(fù)電,在電場力作用下又向正極板運動,這樣會在兩極板間來回碰撞,D正確.
【答案】 D
8.庫侖扭秤結(jié)構(gòu)及工作原理
如圖所示的實驗裝置為庫侖扭秤.細(xì)銀絲的下端懸掛一根絕緣棒,棒的一端是一個帶電的金屬小球A,另一端有一個不帶電的球B,B與A所受的重力平衡,當(dāng)把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時,A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn),通過懸絲扭轉(zhuǎn)的角度可以比較力的大小,便可找到力F與距離r和電荷量q的關(guān)系.這一實驗中用到了下列哪些方法( )
A.微小量放大法 B.極限法
C.控制變量法 D.逐差法
【解析】 當(dāng)小球C靠近小球A時,庫侖力使懸絲扭轉(zhuǎn)較小的角度,通過懸絲上的小鏡子反射光線放大,能比較準(zhǔn)確地測出轉(zhuǎn)動角度.同時體現(xiàn)了控制變量法,即分別控制q和r不變,研究庫侖力F與r和q的關(guān)系,故A、C正確.
【答案】 AC
9.巧用電子秤“稱量”庫侖力
如圖所示,固定一帶負(fù)電小球a的絕緣支架放在電子秤上,此時電子秤示數(shù)為F,現(xiàn)將帶等量負(fù)電的另一小球b移至距離小球a正上方L處時,電子秤示數(shù)為F1,若只將小球b的電性改為正電荷,電子秤示數(shù)為F2,則( )
A.F1=F2
B.F1+F2=F
C.若小球b帶負(fù)電,L增大,則F1也增大
D.若小球b帶正電,L減小,則F2也減小
【解析】 將帶等量負(fù)電的另一小球b移至距離小球a正上方L處時,b對a有向下的庫侖力作用,設(shè)為F′,則示數(shù)F1=F+F′,若只將小球b的電性改為正電荷,b對a有向上的庫侖力作用,則示數(shù)為F2=F-F′,所以F1>F2,F(xiàn)1+F2=2F,故A、B錯誤;若小球b帶負(fù)電,L增大,根據(jù)庫侖定律可知,F(xiàn)′減小,則F1減小,故C錯誤;若小球b帶正電,L減小,根據(jù)庫侖定律可知,F(xiàn)′增大,則F2=F-F′減小,故D正確.
【答案】 D
10.科技前沿——“離子陷阱”裝置結(jié)構(gòu)及工作原理
離子陷阱是一種利用電場或磁場將離子俘獲并囚禁在一定范圍內(nèi)的裝置.如圖所示為最常見的“四極離子陷阱”的俯視示意圖,四根平行細(xì)桿與直流電壓和疊加的射頻電壓相連,相當(dāng)于四個電極,相對的電極帶等量同種電荷,相鄰的電極帶等量異種電荷.在垂直于四根桿的平面內(nèi)四根桿的連線是一個正方形abcd,A、C是a、c連線上的兩點,B、D是b、d連線上的兩點,A、C、B、D到正方形中心O的距離相等.則下列判斷正確的是( )
A.D點的電場強度為零
B.A、B、C、D四點電場強度相同
C.A點電勢比B點電勢高
D.O點的電場強度為零
【解析】 根據(jù)電場的疊加原理,ac兩個電極帶等量正電荷,其中點O的合場強為零,bd兩個電極帶等量負(fù)電荷,其中點O的合場強為零,則O點的合場強為零,D正確;同理,D點的場強水平向右,A錯誤;A、B、C、D四點的場強大小相等,方向不同,B錯誤;由電場特點知,電場方向由A指向O,由O指向B,故φA>φO,φO>φB,則φA>φB,C正確.
【答案】 CD
[綜合提升練]
11.如圖所示,均可視為質(zhì)點的三個物體A、B、C在傾角為30的光滑斜面上,A與B緊靠在一起,C緊靠在固定擋板上,質(zhì)量分別為mA=0.43 kg,mB=0.20 kg,mC=0.50 kg,其中A不帶電,B、C的電量分別為qB=+210-5 C、qC=+710-5 C且保持不變,開始時三個物體均能保持靜止.現(xiàn)給A施加一平行于斜面向上的力F,使A做加速度a=2.0 m/s2的勻加速直線運動,經(jīng)過時間t,力F變?yōu)楹懔Γ阎o電力常量k=9.0109 Nm2/C2,g取10 m/s2.求:
(1)開始時BC間的距離L;
(2)F從變力到恒力需要的時間t;
(3)在時間t內(nèi),力F做功WF=2.31 J,求系統(tǒng)電勢能的變化量ΔEp.
【解析】 (1)ABC靜止時,以AB為研究對象有:
(mA+mB)gsin 30=
解得:L=2.0 m.
(2)給A施加力F后,AB沿斜面向上做勻加速運動,AB分離時兩者之間彈力恰好為零,對B用牛頓第二定律得:
-mBgsin 30=mBa
解得:l=3.0 m
由勻加速運動規(guī)律得:l-L=at2
解得:t=1.0 s.
(3)AB分離時兩者仍有相同的速度,在時間t內(nèi)對AB用動能定理得:
WF-(mA+mB)g(l-L)sin 30+WC=(mA+mB)v2
又v=at,代入數(shù)據(jù)解得:WC=2.1 J
所以系統(tǒng)電勢能的變化量ΔEp=-2.1 J.
【答案】 (1)2.0 m (2)1.0 s (3)-2.1 J
12.如圖所示,光滑絕緣的水平面與半徑為R的絕緣圓弧軌道相切于點B,O點為光滑圓弧軌道的圓心,且在B點的正上方,光滑圓弧軌道在豎直平面內(nèi),整個空間內(nèi)有水平向右的勻強電場.現(xiàn)將一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電小球從距離B點處的位置A由靜止釋放,小球恰好能運動到圓弧軌道高度的一半位置處,已知重力加速度為g.
(1)求勻強電場的電場強度為多大?
(2)要使小球能運動到C,應(yīng)從距離B點多遠(yuǎn)的位置由靜止釋放小球?
(3)若使小球從C點由靜止釋放,則小球運動到B點時對軌道的壓力為多大?
【解析】 (1)根據(jù)題意可知,小球從A點由靜止釋放運動到圓弧軌道的高度的過程中,沿電場方向的位移為x=+R =R
此過程由動能定理可得
Eqx-mg=0
聯(lián)立解得E=.
(2)設(shè)小球釋放點距B點的距離為x′,小球從釋放點運動到C點的過程中,由動能定理可得
Eq(x′+R)-mgR=0
解得x′=R.
(3)在小球從C點由靜止釋放運動到B點的過程中,由動能定理可得
mgR-qER=mv2-0
在最低點由牛頓第二定律可得
FN-mg=
聯(lián)立可得FN=(4-)mg
由牛頓第三定律可得小球在B點時對軌道的壓力為F′N=FN=(4-)mg.
【答案】 (1) (2)R (3)(4-)mg