第9章 静电场及其应用 2 库仑定律夯基提能作业新人教版必修第三册（Word版含答案）

第九章　2　
一、选择题(本题共7小题，每题7分，共49分)
1．(2021·福建省同安一中高二上学期期中)关于元电荷和点电荷的理解正确的是(　D　)
A．元电荷就是点电荷
B．点电荷一定是电荷量最小的电荷
C．体积很小的带电体就是点电荷
D．元电荷是一个电子所带的电荷量的绝对值
解析：元电荷表示电荷量，是一个电子所带的电荷量的绝对值，不是点电荷，故A错误，D正确；当一个带电体的形状及大小对它们间相互作用力的影响可忽略时，这个带电体可看作点电荷，是由研究问题的性质决定，与自身大小形状无具体关系，与电荷量的多少无关，故B、C错误。
2．(2021·北京人大附中高一下学期检测)如图所示，有三个点电荷A、B、C位于一个等边三角形的三个顶点上，已知A、B都带正电荷，A所受B、C两个电荷的静电力的合力如图中FA所示。那么可以判定点电荷C所带电荷的电性为(　B　)
A．一定是正电
B．一定是负电
C．可能是正电，也可能是负电
D．无法判断
解析：对A电荷受力分析，B对A的是库仑斥力，沿BA的连线向上；如果C是正电荷，则C对A的库仑斥力沿CA连线向上，这两个斥力的合力指向CA和BA延长线之间，不可能沿BA偏向右；只有C带负电，C对A的库仑引力沿AC连线向下，与B对A的作用力的合力才偏向右侧，故C一定带负电，故B正确，ACD错误。
3．(2021·上海市金山中学高二上学期期中)两个相同的金属小球A、B，所带的电量qA＝＋q0、qB＝－7q0，相距r放置时，相互作用的引力大小为F。现将A球与B球接触，再把A、B两球间的间距增大到2r，那么A、B之间的相互作用力将变为(　A　)
A．斥力、　 B．斥力、
C．引力、　 D．引力、
解析：金属小球A和B，带电量分别为＋q0和－7q0，相互作用力大小为F，根据库仑定律，有：F＝k
将两球接触后再放回原处，电荷先中和再平分，带电量变为＝－3q0，根据库仑定律，有：F′＝k＝F，且表现为斥力，故A正确，B、C、D错误；故选A。
4．如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l，为球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，两球电量的绝对值均为Q，那么，a、b两球之间的万有引力F引、库仑力F库分别为(　D　)
A．F引＝G，F库＝k　 B．F引≠G，F库≠k
C．F引≠G，F库＝k　 D．F引＝G，F库≠k
解析：万有引力定律适用于两个可看成质点的物体，虽然两球心间的距离l只有半径的3倍，但由于壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看作质量集中于球心的质点。因此，可以应用万有引力定律。对于a、b两带电球壳，由于两球心间的距离l只有半径的3倍，不能看成点电荷，不满足库仑定律的适用条件，故D正确。
5．(2021·宁夏银川一中高二上学期期末)如图所示，真空中A、B两个点电荷的电荷量分别为＋Q和＋q，放在光滑绝缘水平面上，A、B之间用绝缘的轻弹簧连接。当系统平衡时，弹簧的伸长量为x0。设弹簧发生的均是弹性形变，则(　C　)
A．保持Q不变，将q变为2q，平衡时弹簧的伸长量等于2x0
B．保持q不变，将Q变为2Q，平衡时弹簧的伸长量大于2x0
C．保持Q不变，将q变为－q，平衡时弹簧的缩短量大于x0
D．保持q不变，将Q变为－Q，平衡时弹簧的缩短量小于x0
解析：设弹簧的劲度系数为k′，原长为x。当系统平衡时，弹簧的伸长量为x0，则有：k′x0＝①
保持Q不变，将q变为2q时，平衡时有：k′x1＝②
由①②解得：x1<2x0，故A错误；同理可得B错误；保持Q不变，将q变为－q，如果缩短量等于x0，则静电力大于弹力，故会进一步压缩弹簧，故平衡时弹簧的缩短量大于x0，故C正确；同理可得D错误。
6．(多选)如图所示，上端固定在天花板上的绝缘轻绳连接带电小球a，带电小球b固定在绝缘水平面上，可能让轻绳伸直且a球保持静止状态的情景是(　ACD　)
解析：若要使A球处于静止状态其所受的合力为零，对a球所处的各种状态进行受力分析，可知A、C、D选项中a球可能处于平衡状态。
7．(多选)宇航员在探测某星球时有如下发现：
(1)该星球带负电，而且带电均匀；
(2)该星球表面没有大气；
(3)在一次实验中，宇航员将一个带电小球(小球的带电量远小于星球的带电量)置于离星球表面某一高度处无初速释放，带电小球恰好能处于悬浮状态。
则根据以上信息可以推断(　BD　)
A．小球一定带正电
B．小球一定带负电
C．只改变小球的电荷量，从原高度无初速释放后，小球仍将处于悬浮状态
D．只改变小球离星球表面的高度，无初速释放后，小球仍将处于悬浮状态
解析：可以将带负电均匀的星球视为负点电荷，带电小球处于平衡状态，即为库仑斥力与万有引力平衡，则＝，所以正确答案为B、D。
二、非选择题(本题共1小题，共11分)
8．(11分)(2021·山东省潍坊市高二上学期三校联考)把质量2 g的带负电小球A，用绝缘细绳悬起，若将带电荷量为Q＝4.0×10－6 C的带电球B靠近A，当两个带电小球在同一高度相距30 cm时，绳与竖直方向成α＝45°角。(g＝10 m/s2)试求：
(1)B球受到的库仑力多大？
(2)A球带电荷量是多少？
答案：(1)2×10－2 N　(2)5.0×10－8 C
解析：(1)带负电的小球A处于平衡状态，A受到库仑力F′、重力mg以及绳子的拉力T的作用，其合力为零。因此mg－Tcos α＝0 ①
F′－Tsin α＝0 ②
②÷①得F′＝mgtan α＝2×10－3×10×1 N＝2×10－2 N。
根据牛顿第三定律有F＝F′＝2×10－2 N，
(2)根据库仑定律F′＝k
∴q＝＝ C＝5.0×10－8 C。
一、选择题(本题共4小题，每题6分，共24分)
1．一根放在水平面内的绝缘光滑玻璃管，内部有两个完全相同的弹性金属小球A和B，带电荷量分别为＋9Q和－Q。两小球从图示位置由静止释放，那么，两小球再次经过图示位置时，A球的瞬时加速度为释放时的(　A　)
A．倍　 B．倍
C．1倍　 D．倍
解析：设图示位置时两小球之间的距离为r，则释放时两小球之间的静电力大小为F＝k，由牛顿第二定律可得释放时A球的瞬时加速度a1＝＝。释放后在静电引力作用下，两小球接触后再分开，电量先中和再平分，二者带了等量同种电荷，当再次经过图示位置时，两小球之间的静电力大小为F′＝k＝k，A球的瞬时加速度为a2＝＝，所以＝。A正确。
2．(2021·陕西西北工业大学附中高二上学期期末)如图所示，水平天花板下用长度相同的绝缘细线悬挂两个相同的带电介质小球A、B，左边放一个带电荷量为＋Q的固定球时，两悬线都保持竖直方向。下列说法中正确的是(　BC　)
A．A球带正电，B球带正电，并且A球带电荷量较小
B．A球带负电，B球带正电，并且A球带电荷量较小
C．A球带负电，B球带正电，并且B球带电荷量较大
D．A球带正电，B球带负电，并且B球带电荷量较大
解析：存在固定球时，对A、B球受力分析，由于悬线都沿竖直方向，说明水平方向各自所受电场力合力为零， 说明A球带负电而B球带正电。根据库仑定律A离固定球近，所以A球带电荷量较小，B球带电荷量较大。故A、D错误，B、C正确。
3．如图所示，光滑绝缘的水平面上的P点固定一个带正电的点电荷，在它的右侧N点由静止开始释放一个也带正电的小球(可视为质点)，以向右为正方向，下列选项中能反映小球运动速度随时间变化规律的是(　B　)
解析：N点的小球释放后，受到向右的库仑力作用，开始向右运动，根据库仑定律F＝k可得，随着两者之间的距离的增大，小球受到的库仑力在减小，根据牛顿第二定律a＝可得，小球做加速度减小的加速直线运动，故选项B正确。
4．(多选)(2021·江西省宜春市高二上学期期末)如图所示，a、b是两个带有同种电荷的小球，用绝缘丝线悬挂于同一点，两球静止时，它们距水平面的高度相等，绳与竖直方向的夹角分别为α、β，且β＞α。若同时剪断两根细线，空气阻力不计，两球带电荷量不变，则(　AB　)
A．a球的质量比b球的大
B．a、b两球同时落地
C．a球的电荷量比b球的大
D．a、b两球飞行的水平距离相等
解析：对小球受力分析，根据平衡条件有：mag＝， mbg＝，由于β＞α，所以ma＞mb，故A正确；ma＞mb，因此水平方向上，a的加速度小于b的加速度。竖直方向上做自由落体运动，根据运动的独立性可知，两球同时落地，故B正确；a球的电荷量和b球的电量大小无法判断，故C错误；由于a的加速度小于b的加速度，因此a球水平飞行的距离比b球小，故D错误。故选AB。
二、非选择题(本题共2小题，共16分)
5．(8分)如图所示，一半径为R的绝缘球壳上均匀的带有电量为＋Q的电荷，另一电量为＋q的点电荷放在球心O上，由于对称性，点电荷受力为零，现在球壳上挖去半径为r(r R)的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为__k__(已知静电力常量为k)，方向__由球心指向小孔中心__。
解析：绝缘球壳电荷的面密度为：σ＝
球壳上挖去半径为r的小圆孔，去掉的电量为q′，则：
q′＝σπr2＝
与球心O对称位置相应电荷对球心电荷的库仑力大小为
F＝k＝k
是斥力，方向由球心指向小孔中心。
6．(8分)如图所示，竖直平面内有一圆形光滑绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一电荷量为＋Q的点电荷。一质量为m、电荷量为＋q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对细管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力大小。
答案：6mg
解析：设小球在最高点时的速度为v1，根据牛顿第二定律有mg－＝m设小球在最低点时的速度为v2，管壁对小球的作用力为F，根据牛顿第二定律F－mg－＝m，
小球从最高点运动到最低点的过程中只有重力做功，故机械能守恒，则mv＋mg·2R＝mv，
解得F＝6mg，由牛顿第三定律得小球对管壁的作用力F′＝6mg。