考点针对训练:电荷间的相互作用
1.在真空中有两个点电荷,它们之间的静电力为F。如果保持它们各自所带的电荷量不变,将它们之间的距离减小到原来的一半,那么它们之间静电力的大小等于( )
A. B. C.2F D.4F
2.如图所示,两个相同的带电小球A、B分别用2L和L长的绝缘细线悬挂于绝缘天花板的同一点,当平衡时,小球B偏离竖直方向30°,小球A竖直悬挂且与光滑绝缘墙壁接触。若两小球的质量均为m,重力加速度为g.则
A.AB的静电力等于mg
B.墙壁受的压力等于mg
C.A球受到细线的拉力等于mg
D.B球受到细线的拉力等于mg
3.有A、B、C三个塑料小球,A和B,B和C,C和A间都是相互吸引的,如果A带正电,则( )
A.B、C球均带负电
B.B球带负电,C球带正电
C.B、C球中必有一个带负电,而另一个不带电
D.B、C球都不带电
4.下列关于点电荷的说法正确的是 ( )
A.只有球形带电体才能看作点电荷
B.只要带电体的体积很小,任何情况下都可看做点电荷
C.体积很大的带电体,任何情况下都不可看做点电荷
D.不论带电体多大,只要带电体间距离远大于它们的大小就可看成是点电荷
5.如图所示,真空中两个完全相同的绝缘带电金属小球A、B(均可看做点电荷),分别带有-Q和+Q的电荷量,两球间静电力为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触,再与B接触,然后移开C,则它们间的静电力大小为( )
A.F B.F C.F D.F
6.密立根油滴实验原理如图所示。两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接,板间存在电压,形成竖直向下场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔注入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴,若此悬浮油滴的质量为m,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.悬浮油滴带正电
B.悬浮油滴的电荷量为
C.增大场强,悬浮油滴将向下运动
D.油滴的电荷量不一定是电子电量的整数倍
7.关于“点电荷”,所体现的物理思想方法是( )
A.等效替代 B.控制变量
C.建立模型 D.微元求和
8.真空中有两个点电荷,它们之间的静电力为F,如果保持它们所带的电荷量不变,将它们之间的距离增大为原来的2倍,则它们之间作用力的大小等于( )
A.F B.2F C. D.
9.如图所示,两根绝缘细线分别系住a、b两个带电小球,并悬挂在O点,当两个小球静止时,它们处在同一水平面上,两细线与竖直方向间夹角分别为、,。现将两细线同时剪断,则( )
A.两球都做匀变速运动 B.落地时两球水平位移相同
C.两球下落时间 D.a球落地时的速度小于b球落地时的速度
10.如图所示,三个点电荷q1、q2、q3固定在同一直线上,q2与q 3间距离为q 1与q 2间距离的2倍,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) B.9∶4∶36
C.(-3)∶2∶(-6) D.3∶2∶6
11.如图所示,某次实验老师用丝绸摩擦过的玻璃棒(带正电)去吸引细碎的锡箔屑,发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速向空中散开,下列说法正确的是( )
A.锡箔屑被吸引是因为获得电子而带负电
B.散开的锡箔屑带负电
C.锡箔屑散开主要是因为碰撞
D.散开的锡箔屑带正电
12.如图所示,由绝缘材料制成的光滑圆环(圆心为O)半径为r,竖直固定放置,电荷量为+q的小球A固定在圆环的最高点,电荷量大小为q的小球B可在圆环上自由移动。若小球B静止时,两小球连线与竖直方向的夹角为,已知静电力常量为k,则下列说法正确的是?( )
A.小球B可能带正电
B.O点电场强度大小为
C.O点电场强度大小为
D.将小球B移至圆环最低点,A、B小球组成的系统电势能变小
13.真空中两个异种点电荷q1、q2,刚开始两点电荷相距较远,保持静止状态。今释放q2,且q2只在q1的库仑力作用下运动,则q2在运动过程中受到的库仑力( )
A.不断减小 B.不断增大
C.始终保持不变 D.先增大后减小
14.如图所示,涉及物理学史上的四个重大发现,其中说法正确的是( )
A.库仑利用图甲实验精确测出了元电荷 e 的值
B.法拉第利用图乙实验,发现了电流周围存在磁场
C.伽利略根据图丙理想斜面实验,提出了力不是维持物体运动的原因
D.牛顿利用图丁实验,总结出:自由落体运动是匀变速直线运动
15.如图,A、B两点固定两个等量正点电荷,在AB连线的中点放一点电荷q(不计重力).若给该点电荷一个初速度v0,方向与AB连线垂直,则该点电荷可能的运动情况是( )
A.匀变速直线运动
B.往复直线运动
C.加速度不断减小,速度不断增大的直线运动
D.加速度先增大后减小,速度不断增大的直线运动
16.如图,当一个带正电荷的物体C靠近原来不带电的导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,使导体靠近带电物体的A端带 ______(填“正”或“负”)电荷,远离带电物体的B端带 _____(填“正”或“负”)电荷.
17.氢原子核外只有一个电子e,若将该电子的运动看作在原子核的静电力作用下,绕核作半径为r的匀速圆周运动,则根据________定律可知,该静电力F=__________。
18.科学思想方法在物理问题的研究中十分重要,库仑受到牛顿的万有引力定律的启发,运用____方法(选填“建立模型”、“类比”、“控制变量”、“理想实验”),发现了电荷间相互作用规律,该规律被称为_________。
19.如图所示,A、B为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部贴有金属箔片,C是带正电的小球。当C移近A时,A、B上的金属箔片都张开。
(1)若撤去C,A、B下部金属箔片是_________(选填 “张开”或“闭合”)
(2)若先分离A、B,再撤去C,A、B下部金属箔片是_________(选填 “张开”或“闭合”)。在分离A、B的过程中,A、B 组成的系统电势能_______(选填 “增大”“不变”或“减小”)
(3)静电感应的原因是金属导体中存在大量的_____________。
20.如图所示,A、B是两个带等量同种电荷的小球,A固定在竖直放置的10 cm长的绝缘支杆上,B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上且恰与A等高,若B的质量为30g,则B带电荷量是多少?(取g=10 m/s2)
21.如图甲所示,一电荷量为Q的正点电荷固定在A点,在距离A点为d处固定一竖直放置的足够长光滑绝缘杆,O、B为杆上的两点,AB连线与杆垂直。杆上穿有一可视为点电荷、质量为m的带正电小球,现让小球从O点由静止开始向下运动,以O点为x=0位置,竖直向下为正方向,建立直线坐标系。小球的电势能随坐标x的变化关系图像如图乙所示。已知静电力常量为k,重力加速度为g。
(1)求小球运动至B点时的速度大小;
(2)如果小球通过x=2d时的加速度a=1.5g,求小球所带电荷量。
22.如图所示,Q为固定的正点电荷,A、B两点在Q的正上方和Q相距分别为h和0.25h,将另一点电荷从A点由静止释放,运动到B点时速度正好又变为零。若此电荷在A点处的加速度大小为,试求:
(1)此电荷在B点处的加速度;
(2)A、B两点间的电势差(用Q和h表示)。
参考答案
1.D
【解析】
由点电荷库仑力的公式
可以得到,电荷量不变,当距离减小到原来的一半,库仑力将变为原来的4倍,即
故ABC错误,D正确。
故选D。
2.C
【解析】
AD.对B球受力分析,如图所示:
根据共点力平衡得,A、B两球的静电力为:,B球受到的细线拉力为:;故A项错误,D项错误.
BC.对A球受力分析,如图所示,根据平衡有:,则根据牛顿第三定律知墙壁受的压力为;细线的拉力为:;故B错误,C正确.
3.C
【解析】
塑料小球属于轻小物体,带电体有吸引轻小物体的性质,因为两个不带电的小球不会相互吸引,所以B、C中只能有一个不带电,而另一个要与带正电的A相互吸引所以另一个只能带负电,C正确.
4.D
【解析】
试题分析:不论带电体多大,只要带电体间距离远大于它们的大小,或者放入电场中某点时,对该点的电场无影响,这样的电荷就可看成是点电荷,选项D正确.
考点:点电荷
5.B
【解析】
真空中两个静止点电荷间的静电力大小为
现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触
再与B接触,然后移开C
则有
故B正确,ACD错误。
故选B。
6.B
【解析】
A.带电荷量为q的油滴静止不动,则油滴受到向上的电场力;题图中场强方向竖直向下,则油滴带负电,A错误;
B.根据平衡条件,有
故
B正确;
C.当增大场强,电场力增大,,则悬浮油滴将向上运动,C错误;
D.不同油滴的所带电荷量虽不相同,但都是电子电量的整数倍,D错误。
故选B。
7.C
【解析】
若带电荷的体积与研究的问题没有关系或关系很小时,将一个带电体看成一个“点电荷”,是忽略了带电荷的体积,这是建立了一个理想模型方法,因此C正确,ABD错误。
故选C。
8.D
【解析】
由点电荷库仑力的公式可以得到,电量不变,将它们之间的距离增大为原来的2倍,库仑力将变为原来的,故D正确,A、B、C错误;
故选D。
9.D
【解析】
设两球之间的库仑力大小为,当两小球静止时,则有
因为,所以有
将两细线同时剪断后,两球在竖直方向只受重力,在竖直方向做自由落体运动,所以两球下落时间相同;在下落过程中,两球处于同一水平面,在水平方向上,由于库仑斥力的作用下,导致间距的增大,从而使得库仑力减小,则水平方向的加速度减小,所以两球不可能做匀变速运动;根据可知,加速度
根据可知两球落地时水平位移
根据可知落地时球落地时的速度小于球落地时的速度,故A、B、C错误,D正确;
故选D。
10.A
【解析】
若q2为负电荷,假设q1带负电,要使q2平衡则q3也应带负电,但此时q1、q3因都受斥力而不平衡,故q1带正电,同理分析q3带正电。
若同理也可能是q1、q3带负电,q2带正电。
由于三个电荷均处于平衡状态,所以
对q1有:
…①
对q2有:
②
对q3有:
…③
联立①②③可解得:
根据题意可知l2=2l1,所以
q1:q2:q3=:1:9
由于q1、q3是同种电荷,故
q1:q2:q3=-9:4:-36或q1:q2:q3=9:-4:36;
A.(-9)∶4∶(-36),与结论相符,选项A正确;
B.9∶4∶36,与结论不相符,选项B错误;
C.(-3)∶2∶(-6),与结论不相符,选项C错误;
D.3∶2∶6,与结论不相符,选项D错误;
11.D
【解析】
A.一个带正电的物体能够吸引另一个物体,另一个物体带负电或不带电,锡箔屑被吸引过程带正电,故A错误;
BCD.锡箔屑与玻璃棒接触后带上与玻璃棒相同性质的正电荷,同种电荷相互排斥,铝箔屑散开,故BC错误,D正确。
故选D。
12.C
【解析】
A.若小球B带正电,小球B受到自身重力竖直向下,小球A对小球B的库仑力沿AB方向,圆环对小球B的支持力沿BO方向三个力作用,小球B受力不平衡,小球B不能带正电,A错误;
BC.由点电荷场强公式和电场的叠加原理,可得O点电场强度大小为
B错误,C正确;
D.将小球B移至圆环最低点,小球B克服小球A的库仑力做负功,A、B小球组成的系统电势能变大,D错误。
故选C。
13.B
【解析】
两个异种点电荷受引力作用,因此距离越来越近,由于电量保持不变,根据可知距离减小,库仑力将逐渐增大,故B正确,ACD错误。
故选B。
14.C
【解析】
A.库仑利用图甲实验精确测出了静电常数,发现了库仑定律,没有测出元电荷 e 的值,选项A错误;
B.奥斯特利用图乙实验,发现了电流周围存在磁场,选项B错误;
C.伽利略根据图丙理想斜面实验,提出了力不是维持物体运动的原因,选项C正确;
D.伽利略利用图丁实验,总结出自由落体运动是匀变速直线运动,选项D错误。
故选C。
15.BD
【解析】
若点电荷带正电,受力沿着中垂线向外,做加速度先增大后减小,速度不断增大的直线运动;若点电荷带负电,受力指向连线中心,做往复运动.答案选BD.
16.负 正
【解析】
解:静电感应不是创造电荷,而是使导体上的正负电荷分开,当一个带正电荷的物体靠近原来不带电的导体时,由于静电感应,导体两端就会带等量异号电荷,其中导体靠近带电物体的一端带负电,远离带电物体的一端带正电.
故答案为负,正
【点评】考查了静电感应现象,导体靠近带电物体的一端带上与点电荷相反电性的电荷,远离带电物体的一端带上与点电荷电性相同的电荷.
17.库伦
【解析】
[1][2]氢原子核外只有一个电子,题目又说将该电子的运动看作在原子核的静电力作用下的运动,故可以用库仑定律求解,库仑定律是静止点电荷相互作用的规律;将核外电子e和半径r带入库仑定律的公式
得
F=
18.类比 库仑定律
【解析】
[1][2]万有引力定律研究是任意两个物体之间的作用,而库仑定律研究的是真空中两个静止的点电荷之间的作用,两个定律都研究相互作用,可以进行类比。1785年库仑经过实验提出库仑定律。
19.闭合 张开 减小 自由电荷
【解析】
(1)当带正电的小球C靠近A B时,由静电感应A带负电B带正电,A B上的金属箔片都张开,当撤去C时,A B是连接在一起的,A上的负电荷和B上的正电荷相互中和,A B上的金属箔片都闭合
(2)当带正电的小球C靠近A B时,由静电感应A带负电B带正电,A B上的金属箔片都张开,先移开A B在撤去C时,A B不是连在一起的, A上的负电荷和B上的正电荷不能相互中和,A B仍然带电,A B下部的金属箔片张开;在分离A B的过程中,C对A吸引,C对B排斥,C对A B都在做正功,电势能在减小
(3)感应起电是自由电荷从物体的一端移动到另一端,因此要发生感应起电就必须要有自由电荷
20.
【解析】
试题分析:因为B静止于光滑绝缘的倾角为30°的斜面上,且恰与A等高,设A、B之间的水平距离为L,
根据题意可得,所以
对B进行受力分析,如图所示,依据物体平衡条件解得库仑力:
根据得,代入数据解得
考点:考查了库仑定律,共点力平衡条件的应用
【名师点睛】在处理共点力平衡问题时,关键是对物体进行受力分析,然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力,然后列式求解,如果物体受到三力处于平衡状态,则可根据矢量三角形法,将三个力移动到一个三角形中,然后根据角度列式求解.
21.(1);(2)
【解析】
(1)由图可知,小球从A运动至B点时,电势能增加量为E2-E1,则电场力做负功为
W电=E2-E1
由动能定理
解得
(2)如果小球通过x=2d时由牛顿第二定律
其中a=1.5g
解得
22.(1)3g;(2)
【解析】
(1)这一电荷必为正电荷,设其电荷量为q,由牛顿第二定律,在A点时
在B点时
解得
即电荷在B点处的加速度为3g,方向竖直向上。
(2)从A到B过程,由动能定理得
解得