2020-2021学年高二下学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：单元素养评价第1章　静电力与电场强度54张PPT

单元素养评价(一)(第1章)
【合格性考试】(60分钟·60分)
一、选择题(本题共11小题,每小题3分,共33分)
1.下列关于起电现象的描述,正确的是 (　　)
A.摩擦起电的本质是产生了新的电荷
B.两个完全相同的金属球,一球带电+0.4 C,另一球带电-0.2 C。两球接触后分开,则每球带电荷量是+0.3 C
C.一带正电物体靠近不带电的导体时,不带电的导体将带负电荷
D.无论通过何种方式使物体带电,本质都是电荷在物体之间或者内部转移,并没有创造新电荷
【解析】选D。根据电荷守恒定律可知,无论通过何种方式使物体带电,本质都是电荷在物体之间或者内部转移,并没有创造新电荷,故A错误,D正确;带有异种电荷且完全一样的金属球,接触后电荷先中和,然后平分总电荷,所以每球带电荷量是+0.1 C,故B错误;感应起电的过程中,导体的两端分别带上等量异种电荷,但整个导体不带电,故C错误。
2.跟毛皮摩擦过的橡胶棒靠近已带电的验电器金属球时,发现验电器金箔张开的角度先变小后变大,由此可以判定 (　　)
A.验电器所带电荷部分被中和
B.验电器原来带负电
C.验电器原来带正电
D.验电器所带电荷部分跑掉
【解析】选C。跟毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷,由于同种电荷相互排斥,当橡胶棒靠近金属球时,金属球上的电子转移到金箔上,金箔张角先减小说明验电器本身带正电,故A、B错误,C正确;橡胶棒没有接触验电器的金属球,所以验电器所带电荷量不变,故D错误。
3.下列关于电场强度的说法中,正确的是 (　　)
A.由E= 可知,电场强度E跟电场力F成正比,跟放入电场中的电荷的电量q成反
比
B.由E=k 可知,点电荷产生的电场中E与场源电荷电量Q成正比,与r2成反比
C.由E=k 可知,在以场源电荷Q为球心、r为半径的球面上的各点电场强度E均
相同
D.电场中某点的电场强度E的方向就是该点所放电荷q受到的静电力F的方向
【解析】选B。公式E= 是电场强度的定义式,E反映电场的性质,由电场本身
决定,与F、q无关,故A错误;公式E=k 是点电荷周围场强的决定式,所以点电
荷产生的电场中E与场源电荷电量Q成正比,与r2成反比,故B正确;以场源电荷Q为
球心、r为半径的球面上的各点电场强度E大小相同,但方向不同,故C错误;电场
强度E的方向与正试探电荷受力方向相同,与负试探电荷受力方向相反,故D错
误。
4.真空中两个完全相同、带异种电荷的金属小球A和B(视为点电荷),A带电荷量为+5Q,B带电荷量为-3Q,彼此间的引力大小为F。把两金属小球充分接触后再移回原来位置,这时A和B之间的作用力大小为F′,则F与F′之比为 (　　)
A.15∶4　　B.15∶1　　C.15∶16　　D.1∶15
【解析】选B。设两小球的距离为r,由库仑定律可得:
F=k =15k
将A与B接触时电荷先中和再平分,则A、B分开后带电量均为Q,此时A、B两球间
的相互作用力的大小变为:F′=k
即F与F′之比为15∶1,故B正确,A、C、D错误。
5.(2020·济南高一检测)如图所示,空间存在垂直于斜面向下的匀强电场(图中未画出),两个带电物块A、B位于图中位置,A固定于水平地面上,B置于光滑斜面上,B的重力为G。则下列情况能让B在斜面上保持静止且让B对斜面的压力小于Gcosθ的是 (　　)
A.A和B都带正电荷
B.A和B都带负电荷
C.A带正电荷,B带负电荷
D.A带负电荷,B带正电荷
【解析】选B。因为B保持静止,所以B受合力为零,如果两物块带异种电荷,对B受力分析可以知道,B受到的合力不会为零,可得A、B带同种电荷。如果B带正电荷,则B受到的电场力方向垂直斜面向下,所以B对斜面的压力会大于Gcosθ,不符合题意,故B正确,A、C、D错误。
6. (2020·广州高二检测)如图所示,空间存在一水平方向的匀强电场,两个带电小球P和Q(视为点电荷)相距为r,在光滑绝缘的水平面上恰好静止,则 (　　)
A.P带负电荷,Q带正电荷
B.P带正电荷,Q带负电荷
C.P和Q带正电荷,且电荷量相等
D.P和Q带负电荷,且电荷量相等
【解析】选B。由题意可知,两小球均在匀强电场电场力和库仑力的作用下保持
平衡,由于库仑力为相互作用力,大小相等、方向相反,故两小球受到匀强电场
的电场力方向也一定相反,因此两小球一定带异种电荷,则P球所受库仑力向
右,Q球所受库仑力向左。匀强电场方向水平向左,故正电荷受电场力向左,其受
库仑力一定向右,故P带正电荷,Q带负电荷。再由qE= ,及P、Q间的库仑力
为相互作用力,大小总相等,则两带电小球受到匀强电场的电场力相等,因此它
们的电荷量是相等的,综上所述,故B正确,A、C、D错误。
【加固训练】
　　如图,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则(　　)
A.P和Q都带正电荷
B.P和Q都带负电荷
C.P带正电荷,Q带负电荷
D.P带负电荷,Q带正电荷
【解析】选D。若P和Q都带正电荷,Q在水平方向所受电场力的合力水平向右,细绳不可能恰好与天花板垂直,故选项A错误;若P和Q都带负电荷,P在水平方向受电场力的合力水平向左,细绳不可能恰好与天花板垂直,故选项B错误;若P带正电荷,Q带负电荷,P在水平方向受电场力的合力水平向右,Q在水平方向所受电场力的合力向左,两细绳不可能都恰好与天花板垂直,故选项C错误;若P带负电荷,Q带正电荷,P在水平方向受电场力的合力可能为0,Q在水平方向所受电场力的合力也可能为0,故选项D正确。
7. 图示为A、B两个带电小球周围的电场线分布。如果把这个装置放到“云室”里,让粒子通过这个电场区域,可以看到粒子的运动径迹。有一个粒子的轨迹如图中曲线ab所示,a为两小球连线的中垂线上的点,b为两小球连线上的点,粒子由a运动到b,则可以判断 (　　)
A.由图可以判断射入的粒子带正电荷
B.粒子从a运动到b的过程中,动能一定变大
C.A、B两个带电小球带等量异种电荷
D.a点电场强度一定大于b点电场强度
【解析】选B。由图可知,粒子受到的电场力沿电场线的切线方向向右,但由于不知道A、B哪一侧带正电,所以不能判断出粒子的电性,故A错误;粒子受到的电场力的方向向右,电场力方向与粒子运动的轨迹之间的夹角是锐角,可知电场力做正功,粒子的动能增大,故B正确;等量异种点电荷的电场线两侧是对称的,可知该处两个小球的带电量不相等,故C错误;由图可知,b处的电场线密,所以a点的电场强度小于b点电场强度,故D错误。
8.绝缘光滑水平地面上的A、B、C三点恰好处于边长为R的等边三角形的三个顶点上,两带电量均为Q的带正电小球分别固定在A、B两点,O为A、B连线的中点,静电力常量为k。要使与A、B两处形状相同的、带电量为q的带负电小球静止在C点,需对C处小球施加一水平外力F。则F的大小和方向分别为 (　　)
A.大小为 ,沿OC方向
B.大小为 ,沿CO方向
C.大小为 ,沿OC方向
D.大小为 ,沿CO方向
【解析】选C。根据库仑定律可知,C处的小球受到的库仑力大小为:FC=
cos30°= ,方向沿CO方向。由平衡条件可知,F与FC等大反向,故C正确,A、
B、D错误。
9. 如图所示,在圆心为O、半径为R的圆周上等间距分布着三个电荷量均为q的
点电荷a、b、c,其中a、b带正电,c带负电,O点为圆心,静电力常量为k。下列说
法正确的是 (　　)
A.a、b间的库仑力大小为
B.b、c间的库仑力大小为
C.a、b在O点产生的合场强E= ,方向由O指向c
D.a、b、c在O点产生的合场强E= ,方向由O指向c
【解析】选D。根据几何关系得a、b间的距离rab= R,则根据库仑力的公式得
a、b间的库仑力大小Fab=k = ;同理b、c间的库仑力大小Fbc= ,故A、
B错误。a、b各自在O点产生的场强大小相等,设为E0=k ,a、b带正电,故a在O
点产生的场强方向是由a指向O,b在O点产生的场强方向是由b指向O,由矢量合成
得:a、b在O点产生的合场强大小E=k ,方向由O指向c,故C错误。根据上面的分
析再运用矢量合成法则得a、b在O点产生的合场强大小为k ,方向由O指向c;c
在O点产生的场强大小为k ,方向由O指向c,故a、b、c在O点产生的合场强
E= ,方向由O指向c,D正确。
10.如图所示,一个均匀的带电量为Q的圆环,半径为R,圆心为O,放在绝缘水平桌
面上,过O点作竖直线,在线上取一点A,使A到O的距离也为R,则A点处的场强大小
为 (　　)
A. 　　　B. 　　　C. 　　　D.
【解析】选D。把均匀带电圆环看作无数个点电荷,各个点电荷在A处的场强方
向沿着连线指向A,由对称性可知在垂直于竖直线的方向上的分场强相互抵消,
只有沿竖直线方向的分场强。根据几何关系结合点电荷场强公式可知,E=
cos45°= ,故D正确,A、B、C错误。
11.(2020·杭州高二检测)生活科技上处处存在静电现象,有些是静电的应用,有些是要防止静电;下列关于静电防止与应用说法正确的是 (　　)
A.印刷厂应保持空气干燥,避免静电积累带来的潜在危害
B.静电复印机的工作过程实际上和静电完全无关
C.在地毯中夹杂0.05～0.07 mm不锈钢丝导电纤维,是防止静电危害
D.小汽车的顶部露出一根小金属杆类同避雷针,是防止静电危害
【解析】选C。印刷车间中,纸张间摩擦产生大量静电,所以印刷车间中应保持适当的湿度,及时把静电导走,避免静电造成的危害,故A错误;静电复印机是利用静电工作的,与静电有关,故B错误;地毯中不锈钢丝的作用是把鞋底与地毯摩擦产生的电荷传到大地上,以免发生静电危害,属于防止静电危害,故C正确;小汽车的顶部露出的一根小金属杆是天线,用于接收无线电信号,不属于防止静电危害,故D错误。
二、计算题(本题共3小题,共27分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
12.(8分)如图所示,带正电且电荷量为Q的带电体固定在绝缘支架上,电荷量为q的小球受到的库仑力大小可通过丝线偏离竖直方向的角度表示。挂在P1位置时,小球和带电体的距离为r,两者都可以看成点电荷。已知静电力常量为k,则小球:
(1)带正电还是带负电?
(2)挂在P1位置时受带电体的库仑力F多大?
(3)挂在P2位置时,丝线偏离竖直方向的角度增大了还是减小了?
【解析】(1)分析丝线的偏离方向,小球受到库仑斥力作用,则小球带正电。
(2分)
(2)根据库仑定律可知,小球挂在P1位置时受带电体的库仑力:F=k (3分)
(3)挂在P2位置时,带电体与小球的间距r变大,则小球受到的库仑力减小,丝线
偏离竖直方向的角度减小了。 (3分)
答案:(1)带正电　(2)k 　(3)减小了
13. (9分)如图所示,水平地面上固定一个光滑绝缘斜面,斜面与水平面的夹角为θ。一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端,另一端系有一个带电小球A,细线与斜面平行。小球A的质量为m、电量为q。小球A的右侧固定放置带等量异种电荷的小球B,两球心的高度相同、间距为d。静电力常量为k,重力加速度为g,两带电小球可视为点电荷。小球A静止在斜面上。当斜面的支持力为0时,求:
(1)细线的拉力大小;
(2)电量q与两球的间距d的比值。
【解析】(1)若斜面的支持力等于0,小球A受重力、拉力和库仑引力而平衡,根据共点力平衡条件得:
mg=Tsinθ (2分)
所以:T= (2分)
(2)斜面对A球的支持力刚好为零,则有:
mg= tanθ (2分)
解得: = (3分)
答案:(1) 　(2)
【解析】(1)若斜面的支持力等于0,小球A受重力、拉力和库仑引力而平衡,根
据共点力平衡条件得:
mg=Tsinθ (2分)
所以:T= (2分)
(2)斜面对A球的支持力刚好为零,则有:
mg= tanθ (2分)
解得: = (3分)
答案:(1) 　(2)
14.(10分)如图所示,一带电荷量为q=-5×10-3 C,质量为m=0.1 kg的小物块处于一倾角θ=37°的光滑绝缘斜面上,当整个装置处于一水平向左的匀强电场中时,小物块恰好处于静止状态。(g取10 m/s2)求:
(1)电场强度多大?
(2)若从某时刻开始,电场强度减小为原来的 ,物块下滑距离L=1.5 m时速度
大小为多少?
【解析】(1)小物块受力如图所示
由受力平衡得:qE-FNsinθ=0 (2分)
mg-FNcosθ=0 (2分)
联立解得E= , (1分)
代入数据得E=150 N/C(1分)
(2)由牛顿第二定律得:
mgsinθ- cosθ=ma (2分)
由运动学公式得v2=2aL (1分)
联立解得v= =3 m/s(1分)
答案:(1)150 N/C　(2)3 m/s
【选择性考试】
(30分钟·40分)
15.(4分)氢原子核外只有一个电子,若电子在原子核的静电力作用下绕核做匀速圆周运动,那么当电子的运动半径越大,电子的 (　　)
A.周期越大　　 B.角速度越大
C.线速度越大 D.加速度越大
【解析】选A。原子核对电子的库仑力提供向心力,由牛顿第二定律:
=ma=m =mω2r= 。
可得a= ,半径越大,加速度越小,故D错误;
T= ,半径越大,周期越大,故A正确;
ω= ,半径越大,角速度越小,故B错误;
v= ,半径越大,线速度越小,故C错误。
【加固训练】
如图所示,在两等量正点电荷连线的中垂线上,有a、b两个点电荷绕O点
做匀速圆周运动,且a、b与O始终在一条直线上。忽略a、b间的库仑力,已知
sin37°=0.6,sin53°=0.8,则a、b两个点电荷的比荷之比为 (　　)
A. 　　　B. 　　　C. 　　　D.
【解析】选A。设两等量正电荷的电荷量均为Q,a、b两点电荷的电荷量分别为
qa、qb,质量分别为ma、mb,O到正点电荷的距离为L,由题意可知,a、b做圆周运
动的周期相同,设为T,根据库仑定律,结合牛顿第二定律,对a,则有:
sin37°=maLtan37° ;
对b,则有: sin53°=mbLtan53° ;
整理解得: = ,故A正确,B、C、D错误。
16.(4分)(2020·长沙高二检测)如图所示,绝缘轻杆长为L,一端通过铰链固定
在绝缘水平面上,另一端与带电量大小为Q的金属小球1连接,另一带正电、带
电量也为Q的金属小球2固定在绝缘水平面上。平衡后,轻杆与水平面夹角为
30°,小球1、2间的连线与水平面间的夹角也为30°。则关于小球1的说法正
确的是(已知静电力常量为k) (　　)
A.小球1带正电,重力为
B.小球1带负电,重力为
C.小球1带正电,重力为
D.小球1带负电,重力为
【解析】选A。分析小球1的受力情况,小球1受到重力、库仑力和杆的弹力作
用,由于杆通过铰链固定,则杆的弹力沿着杆向外,如图所示:

根据几何关系可知,杆与竖直方向夹角为60°,则重力和库仑力合成以后组成
的矢量三角形为等边三角形,两球间距为L,库仑力大小为 ,则小球1带正电,
重力大小等于库仑力大小,重力为 ,故A正确,B、C、D错误。
17.(4分)某电场中,正电荷q仅在电场力作用下,从M点向N点运动,其v-t图像如图所示,则该电场的电场线分布,可能正确的是 (　　)


【解析】选C。由图可知,正电荷由M到N是加速运动,而正电荷带正电,故说明电场线是由M到N的;因正电荷在运动中加速度越来越大,说明受电场力越来越大,则电场强度越来越大,电场线越来越密;故A、B、D错误,C正确。
18.(4分)(多选)(2020·成都高二检测)如图所示,真空中a、b、c、d四点共线
且等距。先在a点固定一带正电的点电荷Q,测得b点场强大小为E。若再将另一
点电荷q放在d点时,c点场强大小为 E。则d点放入电荷q后,b点的场强大小
可能是 (　　)
A. E　　　B. E　　　C. E　　　D. E
【解析】选A、C。设ab=bc=cd=L。在a点固定一带正电的点电荷Q,测得b点场
强大小,则有:E=k
Q在c点产生的场强为:EQc=k = ,方向向右。
q在b、c产生的场强大小分别为:
Eqb=k ;Eqc=k
讨论:①如果q为正电荷,则c点场强为:
E=Eqc-EQc=k -
解得:k = E
则b点场强为:
Eb=E-Eqb=E-k =E- · E= E
②如果q为负电荷,则c点场强为:
E=Eqc+EQc=k +
解得:k =E
b点场强为:
Eb=E+Eqb=E+k =E+ E= E,故A、C正确,B、D错误。
19.(4分)(多选)如图所示,在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷
+Q,在x轴上C点有点电荷-Q,且CO=OD,∠ADO=60°。下列判断正确的是
(　　)
A.若仅将A、B两处点电荷的带电量同时等量地缓慢增大,则O点的电场强度增大
B.若仅将A、B两处点电荷的带电量同时等量地缓慢减小,则O点的电场强度不变
C.若仅将C处点电荷的带电量缓慢减小,则D点的电场强度减小
D.若仅将C处点电荷的带电量缓慢减小,则O点的电场强度减小
【解析】选B、D。题中A、B 两个+Q 在O 点的场强矢量和为0,所以O 点的场
强等于C 点在O 点产生的场强,则无论是将A、B 两处点电荷的带电量同时等
量地缓慢增大还是同时等量地缓慢减小,O 点的电场强度都是不变的,故A错
误,B正确;O 点的场强等于C 点在O 点产生的场强,则若仅将C 处点电荷的
带电量缓慢减小,则O 点的电场强度减小,故D正确;题中A、B、C 三点电荷在D 点产生的场强如图所示,大小相等,设EA=EB=EC=E,EA、EB的矢量和沿x轴正方向,大小也等于E,EC方向沿x轴负方向,故三个场强的矢量和为0,若仅将C处点电荷的带电量缓慢减小,则D 点的电场强度将不再为零,即场强变大,故C错误。
20.(4分)如图所示,在倾角为α的光滑绝缘斜面上固定一个挡板,在挡板上连
接一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧,弹簧另一端与A球连接。A、B、C三小球
的质量均为M,qA=q0>0,qB=-q0,当系统处于静止状态时,三小球等间距排列。已
知静电力常量为k,则 (　　)
A.qC= q0
B.弹簧伸长量为
C.A球受到的库仑力大小为2Mg
D.相邻两小球间距为q0
【解析】选A。对C分析,受重力、支持力和A、B的库仑力,则A、B的库仑力之
和沿斜面向上,又因B距离C近,给C的库仑力大,则C球带正电,设小球间距为a,
对C:
- =Mgsinα
对B:k - =Mgsinα
联立解得:qC= q0
代入k -k =Mgsinα
解得:a=q0 ,故A正确,D错误;
A球受到的库仑力为:F=k -
根据对C的分析有:k -k =Mgsinα
则有:F=2Mgsinα
对A有:k0x0=F+Mgsinα
解得:x0= ,故B、C错误。
21. (16分)如图所示,两根长均为L的轻质绝缘丝线下端各悬挂质量均为m的带电小球A和B,A、B带电量分别为+q和-q,今加上水平方向的匀强电场,使连接A、B的轻质绝缘丝线(长也为L)拉直,并使小球均处于静止状态。已知重力加速度为g,静电力常量为k,试求:
(1)图示位置时,A、B间的库仑力大小;
(2)所加匀强电场的场强的大小范围。
【解析】(1)图示位置时,依据库仑定律,则A、B间的库仑力大小:F库= (4分)
(2)由于A、B均处于平衡,隔离A分析,受力如图所示,
设悬点与A之间的丝线的拉力为F1,AB之间连线的拉力为F2。根据平衡条件得:
F1sin60°=mg ①(2分)
qE=k +F1cos60°+F2 ②(2分)
由以上二式得:E=k + cot60°+ ③(4分)
因为F2≥0,所以当E≥k + 时能实现上述平衡状态。 (4分)
答案:(1) 　(2)大于或等于k +