2009屆新課標(biāo)物理考點(diǎn)預(yù)測(9)
電場
一、考點(diǎn)介紹
二、高考真題
1.(2008年山東卷.理綜.21)如圖1所示,在y軸上關(guān)于O點(diǎn)對稱的A、B兩點(diǎn)有等量同種點(diǎn)電荷+Q,在x軸上C點(diǎn)有點(diǎn)電荷-Q,且CO=OD, ∠ADO=60.下列判斷正確的是( )
A.O點(diǎn)電場強(qiáng)度為零 B.O點(diǎn)電場強(qiáng)度為零
C.若將點(diǎn)電荷+q從O移向C,電勢能增大
D.若將點(diǎn)電荷-q從O移向C,電勢能增大 圖1
2.(2008年海南卷.物理 .5)質(zhì)子和中于是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的.兩個(gè)強(qiáng)作用電荷相反(類似于正負(fù)電荷)的夸克在距離很近時(shí)幾乎沒有相互作用(稱為“漸近自由”);在距離較遠(yuǎn)時(shí),它們之間就會出現(xiàn)很強(qiáng)的引力(導(dǎo)致所謂“夸克禁閉”).作為一個(gè)簡單的模型,設(shè)這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關(guān)系為:
式中F0為大于零的常量,負(fù)號表示引力.用U表示夸克間的勢能,令U0=F0(r2―r1),取無窮遠(yuǎn)為勢能零點(diǎn).下列圖2中U-r圖示中正確的是( )
圖2
3.(2008年上海卷.物理
此過程中電場力做的功為____J。
4.(2008年江蘇卷.物量.6)如圖4所示,實(shí)線為電場線,虛線為等勢線且AB=BC,電場中的A、B、C三點(diǎn)的場強(qiáng)分別為EA、EB、EC,電勢分別為、、,AB、BC間的電勢差分別為UAB、UBC,則下列關(guān)系中正確的有( )
A. >> B. EC>EB>EA 圖4
C. UAB<UBC D. UAB=UBC
5.(2008年海南卷.物理.6)如圖5所示,勻強(qiáng)電場中有a、b、c三點(diǎn).在以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的三角形中,∠a=30°、∠c=90°,電場方向與三角形所在平面平行.已知a、b和c點(diǎn)的電勢分別為V、V和2 V.該三角形的外接圓上最低、最高電勢分別為
A.V、V B.0 V、4 V
C.V、 D.0 V、V 圖5
6.(2008年寧夏卷.理綜.21)如圖6所示,C為中間插有電介質(zhì)的電容器,a和b為其兩極板;a板接地;P和Q為兩豎直放置的平行金屬板,在兩板間用絕緣線懸掛一帶電小球;P板與b板用導(dǎo)線相連,Q板接地。開始時(shí)懸線靜止在豎直方向,在b板帶電后,懸線偏轉(zhuǎn)了角度a。在以下方法中,能使懸線的偏角a變大的是( )
A.縮小a、b間的距離 B.加大a、b間的距離
C.取出a、b兩極板間的電介質(zhì)
D.換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)
圖6
7.(2008年上海卷.物理.14)如圖7所示,在光滑絕緣水平面上,兩個(gè)帶等量正電的點(diǎn)電荷M、N,分別固定在A、B兩點(diǎn),O為AB連線的中點(diǎn),CD為AB的垂直平分線。在CO之間的F點(diǎn)由靜止釋放一個(gè)帶負(fù)電的小球P(設(shè)不改變原來的電場分布),在以后的一段時(shí)間內(nèi),P在CD連線上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。若( )
(A)小球P的帶電量緩慢減小,則它往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中振幅不斷減小
(B)小球P的帶電量緩慢減小,則它往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中每次經(jīng)過O 圖7
點(diǎn)時(shí)的速率不斷減小
(C)點(diǎn)電荷M、N的帶電量同時(shí)等量地緩慢增大,則小球P往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中周期不斷減小
(D)點(diǎn)電荷M、N的帶電量同時(shí)等量地緩慢增大,則小球P往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中振幅不斷減小
8.(2008年廣東卷.物理.8)圖8中的實(shí)線表示電場線,虛
線表示只受電場力作用的帶正電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,粒子先經(jīng)過
M點(diǎn),再經(jīng)過N點(diǎn),可以判定( )
A.M點(diǎn)的電勢大于N點(diǎn)的電勢
B.M點(diǎn)的電勢小于N點(diǎn)的電勢
C.粒子在M點(diǎn)受到的電場力大于在N點(diǎn)受到的電場力
D.粒子在M點(diǎn)受到的電場力小于在N點(diǎn)受到的電場 圖8
9.(2008年全國卷.理綜.17)一平行板電容器的兩個(gè)極板水平放置,兩極板間有一帶電量不變的小油滴,油滴在極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)所受空氣阻力的大小與其速率成正比。若兩極板間電壓為零,經(jīng)一段時(shí)間后,油滴以速率v勻速下降;若兩極板間的電壓為U,經(jīng)一段時(shí)間后,油滴以速率v勻速上升。若兩極板間電壓為-U,油滴做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大小、方向?qū)⑹牵?nbsp; )
A.2v、向下 B.2v、向上 C.3 v、向下 D.3 v、向上
10.(2008年海南卷.物理.8)靜電場中,帶電粒子在電場力作用下從電勢為φa的a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至電勢為φb的b點(diǎn).若帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速率分別為va、vb,不計(jì)重力,則帶電粒子的比荷q/m,為
A. B. C. D.
11.(2008年高考上海卷.物理.23)如圖9所示為研究電子槍中電子在電場中運(yùn)動(dòng)的簡化模型示意圖。在Oxy平面的ABCD區(qū)域內(nèi),存在兩個(gè)場強(qiáng)大小均為E的勻強(qiáng)電場I和II,兩電場的邊界均是邊長為L的正方形(不計(jì)電子所受重力)。 圖9
(1)在該區(qū)域AB邊的中點(diǎn)處由靜止釋放電子,
求電子離開ABCD區(qū)域的位置。
(2)在電場I區(qū)域內(nèi)適當(dāng)位置由靜止釋放電子,電子恰能從ABCD區(qū)域左下角D處離開,求所有釋放點(diǎn)的位置。
(3)若將左側(cè)電場II整體水平向右移動(dòng)L/n(n≥1),仍使電子從ABCD區(qū)域左下角D處離開(D不隨電場移動(dòng)),求在電場I區(qū)域內(nèi)由靜止釋放電子的所有位置。
12.(2008年 廣東卷.物理.19.)如圖10(a)所示,在光滑絕緣水平面的AB區(qū)域內(nèi)存在水平向左的電場,電場強(qiáng)度E隨時(shí)間的變化如圖10(b)所示。不帶電的絕緣小球P2靜止在O點(diǎn)。t=0時(shí),帶正電的小球P1以速度v0從A點(diǎn)進(jìn)入AB區(qū)域。隨后與P2發(fā)生正碰后反彈,反彈速度是碰前的倍。P1的質(zhì)量為m1,帶電量為q,P2的質(zhì)量為m2=
(1)求碰撞后小球P1向左運(yùn)動(dòng)的最大距離及所需時(shí)間。
(2)討論兩球能否在OB區(qū)間內(nèi)再次發(fā)生碰撞。
圖10
三、名校試題
1.(山東省濟(jì)寧市2009屆高三教學(xué)質(zhì)量檢測卷.物理。5)如圖11所示,福娃歡歡帶正電,福娃貝貝帶負(fù)電,用導(dǎo)體棒連結(jié)的瞬間,就一系列問題兩人發(fā)生爭執(zhí),你認(rèn)為下列說法不正確的是( )
A.福娃歡歡說,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn),有瞬時(shí)電流
B.福娃貝貝說,電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn),無電流
C.福娃歡歡說,最終我們是等勢體
D.福娃貝貝說,最終導(dǎo)體棒內(nèi)的電場強(qiáng)度等于零
2.(江蘇揚(yáng)州市2009屆調(diào)研試卷.物理。7)如圖12所示勻強(qiáng)電場E的區(qū)域內(nèi),在O點(diǎn)處放置一點(diǎn)電荷+Q,a、b、c、d、e、f為以O(shè)點(diǎn)為球心的球面上的點(diǎn),aecf平面與電場平行,bedf平面與電場垂直,則下列說法中正確的是(D)
A.b、d兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同
B.a(chǎn)點(diǎn)的電勢等于f點(diǎn)的電勢
C.點(diǎn)電荷+q在球面上任意兩點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí),電場力一定做功
D.將點(diǎn)電荷+q在球面上任意兩點(diǎn)之間移動(dòng),從球面上a點(diǎn)移 圖12
動(dòng)到c點(diǎn)的電勢能變化量一
定最大
3.(山東省煙臺市2008―2009學(xué)年度高三第一學(xué)期學(xué)段檢測卷.物理.7)圖13是某同學(xué)設(shè)計(jì)的電容式速度傳感器原理圖,其中上板為固定極板,下板為待測物體,在兩極板間電壓恒定的條件下,極板上所帶電量Q將隨待測物體的上下運(yùn)動(dòng)而變化,若Q隨時(shí)間t的變化關(guān)系為Q=(a、b為大于零的常數(shù)),其圖象如題圖14所示,那么 圖13
圖15、圖16中反映極板間場強(qiáng)大小E和物體速率v隨t變化的圖線可能是( )
圖14 圖15 圖16
A.①和③ B.①和④ C.②和③ D.②和④
4.(2009年廣東省廣州市高三年級調(diào)研測試卷.物理.12)空氣中的負(fù)離子對人的健康極為有益。人工產(chǎn)生負(fù)氧離子的方法最常用的是電暈放電法。如圖17所示,一排針狀負(fù)極和環(huán)形正極之間加上直流高電壓,電壓達(dá)5000V左右,使空氣發(fā)生電離,從而產(chǎn)生負(fù)氧離子排出,使空氣清新化,針狀負(fù)極與環(huán)形正極間距為
A.E=103V/m,F(xiàn)=1.6×10-16N
B.E=106 V/m,F(xiàn)=1.6×10-16N
C.E=103 V/m,F(xiàn)=1.6×10-13N 圖17
D.E=106 V/m,F(xiàn)=1.6×10-13N
5.(山東省萊州一中2009屆高三上學(xué)期期中考試卷.物理.7) 如圖18所示,在一點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中有一條直線MN,,直線
上有a、b兩點(diǎn),下列說法中正確的是 ( )
圖18
A.a(chǎn)、b兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定相同
B.a(chǎn)、b兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小一定相等
C.a(chǎn)、b兩點(diǎn)的電勢一定不同
D.a(chǎn)、b兩點(diǎn)的電勢有可能相同
6.(湖南長沙二中2009屆高三第一次質(zhì)量檢測試卷.物理.14)如圖19所示,兩塊平行金屬板A、B彼此平行放置,板間距離為d,兩板分別帶有等量異種電荷,且A板帶正電,兩板中間有一帶負(fù)電的油滴P,當(dāng)兩板水平放置時(shí),油滴恰好平衡,若把兩板傾斜60°,把油滴從P靜止釋放,油滴可以打在金屬板上,問:(1)油滴將打在哪塊金屬板上?
(2)油滴打在金屬板上的速率是多少? 圖19
7.(江蘇鹽城市高三第二次調(diào)研卷.物理.16)帶等量異種電荷的兩平行金屬板相距L,板長H,豎直放置,x軸從極板中點(diǎn)O通過,如圖20所示。板間勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)為E,且?guī)д姷臉O板接地。將一質(zhì)量為m、電量為+q的粒子(重力不計(jì))從坐標(biāo)為x0處釋放。
(1)試從牛頓第二定律出發(fā),證明該帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的過程中,電勢能與動(dòng)能總和保持不變。
(2)為使該粒子從負(fù)極板上方邊緣的P點(diǎn)射出,須在x0處使該粒子獲得豎直向上的初速度v0為多大? 圖20
8.(廣東省中山一中2008―2009學(xué)年第一學(xué)期高三第一次統(tǒng)測卷.物理.18)電子所帶電荷量最早是由美國科學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測出的.油滴實(shí)驗(yàn)的原理如圖21所示,兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接,上、下板分別帶正、負(fù)電荷.油滴從噴霧器噴出后,由于摩擦而帶電,油滴進(jìn)入上板中央小孔后落到勻強(qiáng)電場中,通過顯微鏡可以 圖21
觀察到油滴的運(yùn)動(dòng)情況.兩金屬板間的距離為d,忽略空氣對油滴的浮力和阻力.
(1)調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢差U,當(dāng)u=U0時(shí),使得某個(gè)質(zhì)量 為ml的油滴恰好做勻速運(yùn)動(dòng).該油滴所帶電荷量q為多少?
(2)若油滴進(jìn)入電場時(shí)的速度可以忽略,當(dāng)兩金屬板間的電勢差u=U時(shí),觀察到某個(gè)質(zhì)量為m2的油滴進(jìn)入電場后做勻加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到下極板,求此油滴所帶電荷量Q.
9.(2009年廣東省廣州市高三年級調(diào)研測試.物理.17)絕緣細(xì)繩的一端固定在天花板上,另一端連接著一個(gè)帶負(fù)電的電量為q、質(zhì)量為m的小球,當(dāng)空間建立水平方向的勻強(qiáng)電場后,繩穩(wěn)定處于與豎直方向成θ=600角的位置,如圖22所示。(1)求勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E;(2)若細(xì)繩長為L,讓小球從θ=300的A點(diǎn)釋放,王明同學(xué)求解小球運(yùn)動(dòng)至某點(diǎn)的速度的過程如
下:據(jù)動(dòng)能定理 -mgL(1―cos300)+qELsin300= 得:
圖22
你認(rèn)為王明同學(xué)求的是最低點(diǎn)O還是θ=600的平衡位置處的速度,
正確嗎?請?jiān)敿?xì)說明理由或求解過程。
10.(山東省濟(jì)南一中2009屆高三上學(xué)期期中考試卷.物理.17)如圖23所示,A、B為兩塊平行金屬板,A板帶正電、B板帶負(fù)電。兩板之間存在著勻強(qiáng)電場,兩板間距為d、電勢差為U,在B板上開有兩個(gè)間距為L的小孔。C、D為兩塊同心半圓形金屬板,圓心都在貼近B板的O’處,C帶正電、D帶負(fù)電。兩板間的距離很近,兩板末端的中心線正對著B板上的小孔,兩板間的電場強(qiáng)度可認(rèn)為大小處處相等,方向都指向O’。半圓形金屬板兩端與B板的間隙可忽略不計(jì)。現(xiàn)從正對B板小孔緊靠A板的O處由靜止釋放一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的帶正電微粒(微粒的重力不計(jì)),問: 圖23
⑴微粒穿過B板小孔時(shí)的速度多大;
⑵為了使微粒能在CD板間運(yùn)動(dòng)而不碰板,CD板間的電場強(qiáng)度大小應(yīng)滿足什么條件;
⑶從釋放微粒開始,經(jīng)過多長時(shí)間微粒會通過半圓形金屬板間的最低點(diǎn)P點(diǎn)?
11.(江蘇2009屆海安如皋高三物理期中聯(lián)考卷.物理.18)如圖24所示,水平放置的平行板電容器,原來兩板不帶電,上極板接地,它的極板長L =
(1)為使第一個(gè)微粒的落點(diǎn)范圍能在下板中點(diǎn)到緊靠邊緣的B點(diǎn)之內(nèi),求微粒入射的初速度v0的取值范圍;
(2)若帶電微粒以第一問中初速度的最小值入射,則
最多能有多少個(gè)帶電微粒落到下極板上? 圖24
(一)文字介紹
預(yù)測2009年對電場考查選擇題和計(jì)算均有:選擇題主要檢測考生對重要概念的理解和基本規(guī)律的運(yùn)用.重點(diǎn)考查庫侖定律、電場、電場強(qiáng)度、電場線、勻強(qiáng)電場、電場強(qiáng)度的疊加、勻強(qiáng)電場中電勢差根電場強(qiáng)度的關(guān)系、電容器的電容等基本概念、基本規(guī)律的綜合運(yùn)用;
計(jì)算題仍是以高分值高難度形式出現(xiàn),重點(diǎn)是考查電場力、電勢能、電勢差、電勢等概念與力學(xué)綜合
(二)考點(diǎn)預(yù)測題
四、考點(diǎn)預(yù)測
1.有兩個(gè)帶電小球,電荷量分別為+Q和+9Q。在真空中相距
2.已經(jīng)證實(shí),質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的,上夸克帶電為,下夸克帶電為,e為電子所帶電量的大小,如果質(zhì)子是由三個(gè)夸克組成的,且各個(gè)夸克之間的距離都為,,試計(jì)算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個(gè)夸克之間的靜電力(庫侖力)
3.如圖25所示,實(shí)線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場線,若帶電粒子q(|Q|>>|q|)由a運(yùn)動(dòng)到b,電場力做正功。已知在a、b兩點(diǎn)粒子所受電場力分別為Fa、Fb,則下列判斷正確的是
A.若Q為正電荷,則q帶正電,F(xiàn)a>Fb
B.若Q為正電荷,則q帶正電,F(xiàn)a<Fb
C.若Q為負(fù)電荷,則q帶正電,F(xiàn)a>Fb
D.若Q為負(fù)電荷,則q帶正電,F(xiàn)a<Fb
圖25
4.兩個(gè)質(zhì)量相同的小球用不可伸長的細(xì)線連結(jié),置于場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中,小球1和小球2均帶正電,電量分別為q1和q2(q1>q2)。將細(xì)線拉直并使之與電場方向平行,如圖26所示。若將兩小球同時(shí)從靜止?fàn)顟B(tài)釋放,則釋放后細(xì)線中的張力T為(不計(jì)重力及兩小球間的庫侖力)
A. B.
C. D. 圖26
5.圖27所示的勻強(qiáng)電場E的區(qū)域內(nèi),由A、B、C、D、A'、B'、C'、D'作為頂點(diǎn)構(gòu)成一正方體空間,電場方向與面ABCD垂直。下列說法正確的是( )
A.AD兩點(diǎn)間電勢差UAD與A A'兩點(diǎn)間電勢差UAA'相等
B.帶正電的粒子從A點(diǎn)沿路徑A→D→D'移到D'點(diǎn),電場力做正功
C.帶負(fù)電的粒子從A點(diǎn)沿路徑A→D→D'移到D'點(diǎn),電勢能減小 圖27
D.帶電的粒子從A點(diǎn)移到C'點(diǎn),沿對角線A C'與沿路徑A→B→B'→C'電場力做功相同
6.如圖28所示,固定在Q點(diǎn)的正點(diǎn)電荷的電場中有M、N兩點(diǎn),已知<。下列敘正確的是 ( )
A.若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則電場力對該電荷做功,電勢能減少
B.若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則該電荷克服電場力做功,電勢能增加 圖28
C.若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則電場力對該電荷做功,電勢能減少
D.若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),再從N點(diǎn)沿不同路徑移回到M點(diǎn),則該電荷克服電場力做的功等于電場力對該電荷所做的動(dòng),電勢能不變
7.勻強(qiáng)電場中的三點(diǎn)A、B、C是一個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn),AB的長度為
A.W=8×10-6 J,E>8 V/m
B.W=6×10-6 J,E>6 V/m
C.W=8×10-6 J,E≤8 V/m
D.W=6×10-6 J,E≤6 V/m 圖29
8.a(chǎn)、b、c、d是勻強(qiáng)電場中的四個(gè)點(diǎn),它們正好是一個(gè)矩形的四個(gè)頂點(diǎn)。電場線與矩形所在的平面平行。已知a點(diǎn)的電勢是20V,b點(diǎn)的電勢是24V,d點(diǎn)的電勢是4V,如圖30所示。 由此可知,c點(diǎn)的電勢為( ) 圖30
A、4V B、8V C、12V D、24V
9.豎直放置的一對平行金屬板的左極板上用絕緣線懸掛了一個(gè)帶正電的小球,將平行金屬板按圖31所示的電路圖連接。絕緣線
與左極板的夾角為θ。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片在a位置時(shí),
電流表的讀數(shù)為I1,夾角為θ1;當(dāng)滑片在b位置時(shí),
電流表的讀數(shù)為I2,夾角為θ2,則 ( )
A.θ1<θ2,I1<I2 B.θ1>θ2,I1>I2
C.θ1=θ2,I1=I2 D.θ1<θ2,I1=I2 圖31
10.如圖32所示,電源內(nèi)阻為,電動(dòng)勢為,
電壓表內(nèi)阻力10k,Y為靜電計(jì),兩個(gè)電容器的
電容分別為和.下列說法中正確的是( )
A.若,電壓表和靜電計(jì)兩端電壓相等
B.若<,則電壓表兩端電壓為零
C.不論和是否相等,電壓表兩端電壓均為零 D.上帶電量為零
11.兩個(gè)半徑均為R的圓形平板電極,平行正對放置,相距為d,極板間的電勢差為U,板間電場可以認(rèn)為是均勻的。一個(gè)粒子從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場方向射入兩極板之間,到達(dá)撫極板是恰好落在極板中心。已知質(zhì)子電荷為e,質(zhì)子和中子的質(zhì)量均視為m,忽略重力和空氣阻力的影響,求:
(1)極板間的電場強(qiáng)度E;
(2)粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度a;
(3)粒子的初速度v0。
12.如圖33所示,沿水平方向放置一條平直光滑槽,它垂直穿過開有小孔的兩平行薄板,板相距
(2)帶電系統(tǒng)從開始運(yùn)動(dòng)到速度第一次為零所需的時(shí)間及球A相對右板的位置。
13.電偶極子模型是指電量為q、相距為l的一對正負(fù)點(diǎn)電荷組成的電結(jié)構(gòu),O是中點(diǎn),電偶極子的方向?yàn)閺呢?fù)電荷指向正電荷,用圖34(a)所示的矢量表示.科學(xué)家在描述某類物質(zhì)的電性質(zhì)時(shí),認(rèn)為物質(zhì)是由大量的電偶極子組成的,平時(shí)由于電偶極子的排列方向雜亂無章,因而該物質(zhì)不顯示帶電的特性.當(dāng)加上外電場后,電偶極子繞其中心轉(zhuǎn)動(dòng),最后都趨向于沿外電場方向排列,從而使物質(zhì)中的合電場發(fā)生變化.
(1)如圖34(b)所示,有一電偶極子放置在電場強(qiáng)度為E。的勻強(qiáng)外電場中,若電偶極子的方向與外電場方向的夾角為θ,求作用在電偶極子上的電場力繞O點(diǎn)的力矩;
(2)求圖34(b)中的電偶極子在力矩的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)到外電場方向的過程中,電場力所做的功;
圖34
(3)求電偶極子在外電場中處于力矩平衡時(shí),其方向與外電場方向夾角的可能值及相應(yīng)的電勢能;
(4)現(xiàn)考察物質(zhì)中的三個(gè)電偶極子,其中心在一條直線上,初始時(shí)刻如圖34(c)排列,它們相互間隔距離恰等于 1.加上外電場EO后,三個(gè)電偶極子轉(zhuǎn)到外電場方向,若在圖中A點(diǎn)處引人一電量為+q0的點(diǎn)電荷(q0很小,不影響周圍電場的分布),求該點(diǎn)電荷 所受電場力的大。
14.如圖35所示,一根長 L =
( l )小球B開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度為多大?
( 2 )小球B 的速度最大時(shí),距 M 端的高度 h1為多大? 圖35
( 3 )小球 B 從 N 端運(yùn)動(dòng)到距 M 端的高度 h2=
高考真題
1.【解析】電場是矢量,疊加遵循平行四邊行定則,由和幾何關(guān)系可以得出,A錯(cuò)B對。在之間,合場強(qiáng)的方向向左,把負(fù)電荷從O移動(dòng)到C,電場力做負(fù)功,電勢能增加,C錯(cuò)D對。
【答案】BD
2.【解析】從無窮遠(yuǎn)處電勢為零開始到r = r2位置,勢能恒定為零,在r = r2到r = r1過程中,恒定引力做正功,勢能逐漸均勻減小,即勢能為負(fù)值且越來越小,此部分圖像為A、B選項(xiàng)中所示;r < r1之后勢能不變,恒定為-U0,由引力做功等于勢能將少量,故U0=F0(r2-r1).所以選項(xiàng)B正確
【答案】B
3.【解析】將電荷從從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場力做負(fù)功,其電勢能增加;由電勢差公式UAB = ,W= qUAB = -5×10?9×(15-10)J=-2.5×10-8J
【答案】-2.5×10-8J
4.【解析】考查靜電場中的電場線、等勢面的分布知識和規(guī)律。A、B、C三點(diǎn)處在一根電場線上,沿著電場線的方向電勢降落,故φA>φB>φC,A正確;由電場線的密集程度可看出電場強(qiáng)度大小關(guān)系為EC>EB>EA,B對;電場線密集的地方電勢降落較快,故UBC>UAB,C對D錯(cuò)。此類問題要在平時(shí)注重對電場線與場強(qiáng)、等勢面與場強(qiáng)和電場線的關(guān)系的掌握,熟練理解常見電場線和等勢面的分布規(guī)律
【答案】AC
5.【解析】如圖所示,根據(jù)勻強(qiáng)電場的電場線與等勢面是平行等間距排列,且電場線與等勢面處處垂直,沿著電場線方向電勢均勻降落,取ab的中點(diǎn)O,即為三角形的外接圓的圓心,且該點(diǎn)電勢為2V,故Oc為等勢面,MN為電場線,方向?yàn)镸N方向,UOP= UOa=V,UON : UOP=2 :,故UON =2V,N點(diǎn)電勢為零,為最小電勢點(diǎn),同理M點(diǎn)電勢為4V,為最大電勢點(diǎn)。所以選項(xiàng)B正確
【答案】 B
6.【解析】本題考查電容器的兩個(gè)公式。a板與Q板電勢恒定為零,b板和P板電勢總相同,故兩個(gè)電容器的電壓相等,且兩板電荷量q視為不變。要使懸線的偏角增大,即電壓U增大,即減小電容器的電容C。對電容器C,由公式C = = ,可以通過增大板間距d、減小介電常數(shù)ε、減小板的針對面積S。所以選項(xiàng)B、C正確.
【答案】BC
7.【解析】設(shè)F與F′繞O點(diǎn)對稱,在F與F′處之間,小球始終受到指向O點(diǎn)的回復(fù)力作用下做往復(fù)運(yùn)動(dòng),若小球P帶電量緩慢減小,則此后小球能運(yùn)動(dòng)到F′點(diǎn)下方,即振幅會加大,A錯(cuò);每次經(jīng)過O點(diǎn)因電場力做功減少而速度不斷減小,B對;若點(diǎn)電荷M、N電荷量緩慢增大,則中垂線CD上的場強(qiáng)相對增大,振幅減小,加速度相對原來每個(gè)位置增大,故一個(gè)周期的時(shí)間必定減小,C、D正確。
【答案】CD
8.【解析】由沿電場線方向電勢降低,所以選項(xiàng)A正確;電場線越密的地方場強(qiáng)越大,得選項(xiàng)D正確。
【答案】D
9.【解析】當(dāng)不加電場時(shí),油滴勻速下降,即;當(dāng)兩極板間電壓為U時(shí),油滴向上勻速運(yùn)動(dòng),即,解之得:,當(dāng)兩極間電壓為-U時(shí),電場力方向反向,大小不變,油滴向下運(yùn)動(dòng),當(dāng)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),,解之得:v'=3v,C項(xiàng)正確
【答案】C
10.【解析】由電勢差公式以及動(dòng)能定理:W=qUab=q(φa-φb)= m (vb2-va2),可得比荷為 = ,所以選項(xiàng)C對.
【答案】C
11.【解析】(1)設(shè)電子的質(zhì)量為m,電量為e,電子在電場I中做勻加速直線運(yùn)動(dòng),出區(qū)域I時(shí)的為v0,此后電場II做類平拋運(yùn)動(dòng),假設(shè)電子從CD邊射出,出射點(diǎn)縱坐標(biāo)為y,有
解得 y=,所以原假設(shè)成立,即電子離開ABCD區(qū)域的位置坐標(biāo)為(-
(2)設(shè)釋放點(diǎn)在電場區(qū)域I中,其坐標(biāo)為(x,y),在電場I中電子被加速到v1,然后進(jìn)入電場II做類平拋運(yùn)動(dòng),并從D點(diǎn)離開,有
解得 xy=,即在電場I區(qū)域內(nèi)滿足議程的點(diǎn)即為所求位置。
(3)設(shè)電子從(x,y)點(diǎn)釋放,在電場I中加速到v2,進(jìn)入電場II后做類平拋運(yùn)動(dòng),在高度為y′處離開電場II時(shí)的情景與(2)中類似,然后電子做勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過D點(diǎn),則有
,
解得 ,即在電場I區(qū)域內(nèi)滿足議程的點(diǎn)即為所求位置
【答案】(1)(-
12.【解析】(1)P1經(jīng)t1時(shí)間與P2碰撞,則
P1、P2碰撞,設(shè)碰后P2速度為v2,由動(dòng)量守恒:
解得(水平向左) (水平向右)
碰撞后小球P1向左運(yùn)動(dòng)的最大距離: 又:
解得:
所需時(shí)間:
(2)設(shè)P1、P2碰撞后又經(jīng)時(shí)間在OB區(qū)間內(nèi)再次發(fā)生碰撞,且P1受電場力不變,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,以水平向右為正: 則:
解得: (故P1受電場力不變)
對P2分析:
所以假設(shè)成立,兩球能在OB區(qū)間內(nèi)再次發(fā)生碰撞。
【答案】 (1) (2)兩球能在OB區(qū)間內(nèi)再次發(fā)生碰撞
名校試題
1.【解析】帶正電荷的福娃歡歡的電勢高于帶負(fù)電荷的福娃貝貝,用導(dǎo)體棒連結(jié)的瞬間,電流表指針偏轉(zhuǎn),有瞬時(shí)電流 ,
最終達(dá)到靜電平衡,成為是等勢體,導(dǎo)體棒內(nèi)的電場強(qiáng)度等于零。
【答案】AC
2.【解析】b、d兩點(diǎn)的合場強(qiáng)方向不同,所以選項(xiàng)A錯(cuò);a點(diǎn)的電勢高于f點(diǎn)的電勢,選項(xiàng)B錯(cuò);若在b、d、e、f上移動(dòng)電場力不做功,選項(xiàng)C錯(cuò),將點(diǎn)電荷+q從球面上a點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)的電場力做功最大,所以電勢能變化量一定最大,故選項(xiàng)D對.
【答案】D
3.【解析】由題意可知: 所以E的變化規(guī)律與Q的變化規(guī)律相似,所以E的圖象為②,由k, 所以d=t+a=vt+a,所以是勻速移動(dòng),所以速度圖象為③,綜上所述C正確。
【答案】C
4.【解析】由公式和得,D選項(xiàng)正確。
【答案】D
5.【解析】因不知道點(diǎn)電荷的位置,所以無法確定a、b兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向,如點(diǎn)電荷在a、b兩點(diǎn)之間時(shí),兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向就不相同,A錯(cuò)誤;若點(diǎn)電荷不在a、b兩點(diǎn)間的中間位置,a、b兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小就一定不相等,B錯(cuò)誤;若點(diǎn)電荷在a、b兩點(diǎn)間的中間位置,a、b兩點(diǎn)就在同一等勢面上,C錯(cuò)誤,D正確。
【答案】D
6.【解析】(1)將打在A板上。
(2)水平放置有Eq=mg。
把重力分解為平行電場方向和垂直電場方向,則沿電場方向的加速度為:a=g/2,打到板上的時(shí)間為: 油滴受到的合力為mg,所以加速度為g,達(dá)到板上速度的大小為: www.ks5u.com
【答案】(1) 將打在A板上 (2)
7.【解析】(1)在帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向上任取一點(diǎn),設(shè)其坐標(biāo)為,取接地極板為零勢能點(diǎn)。將粒子從O點(diǎn)移到處電場力做正功,,即粒子在x處的電勢能為,在處的電勢能為。
再由牛頓第二定律①,②,解得③,又④,⑤,,得⑥,即該帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的過程中,電勢能與動(dòng)能總和保持不變,證畢。
(2)粒子在豎直向上射出后做類平拋運(yùn)動(dòng)。故豎直方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),到達(dá)P點(diǎn)時(shí)有⑦;水平方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),有⑧,聯(lián)立解得
【答案】
8.【解析】(1)油滴勻速下落過程中受到的電場力和重力平衡,可見所帶電荷為負(fù)電荷,即,得
(2)油滴加速下落,若油滴帶負(fù)電,電荷量為Q1,則油滴所受到的電場力方向向上,設(shè)此時(shí)的加速度大小為a1,由牛頓第二定律得
得.
若油滴帶正電,電荷量為Q2,則油滴所受到的電場力方向向下,設(shè)此時(shí)的加速度大小為a2,由牛頓第二定律得
即。
【答案】(1) (2)
9.【解析】(1)小球在θ=600角處處于平衡,則Eq=mgtanθ
得
方向水平向左
(2)王明同學(xué)的求解不正確
因?yàn)樾∏蛟讦?600處處于平衡,因此小球從θ=300的A點(diǎn)釋放,它不會往A點(diǎn)的左邊運(yùn)動(dòng),而是以θ=600處為中心、以A點(diǎn)為端點(diǎn)來回?cái)[動(dòng),即小球不會運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)O
王明同學(xué)的求解實(shí)際上也不是小球運(yùn)動(dòng)到θ=600的平衡位置處的速度。
平衡位置處的速度的正確求解應(yīng)該是:據(jù)動(dòng)能定理有
聯(lián)解得
【答案】(1) (2)
10.【解析】(1)設(shè)微粒穿過B板小孔時(shí)的速度為v,根據(jù)動(dòng)能定理,有
解得
(2)微粒進(jìn)入半圓形金屬板后,電場力提供向心力,有
聯(lián)立⑴、⑵,得
(3)微粒從釋放開始經(jīng)t1射出B板的小孔,則
設(shè)微粒在半圓形金屬板間運(yùn)動(dòng)經(jīng)過t2第一次到達(dá)最低點(diǎn)P點(diǎn),則
所以從釋放微粒開始,經(jīng)過微粒第一次到達(dá)P點(diǎn)
根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對稱性,易知再經(jīng)過微粒再一次經(jīng)過P點(diǎn)
所以經(jīng)過時(shí)間,微粒經(jīng)過P點(diǎn)。
【答案】(1) (2) (3)
11.【解析】(1)若第1個(gè)粒子落到O點(diǎn),由=v01t1
=gt12 (1分) 得v01=
若落到B點(diǎn),由L=v02t1,=gt22得v02=5 m/s
故2.5 m/s<v0<5 m/s
(2)由L=v01t 得t=4×10-2 s
由=at2 得a=2.5 m/s2
由mg-qE=ma,E= 得Q=6×10-6 C 所以=600個(gè)
【答案】(1)2.5 m/s<v0<5 m/s (2)600個(gè)
考點(diǎn)預(yù)測題
1.【解析】根據(jù)上述規(guī)律可知,引入的第三個(gè)小球必須帶負(fù)電,放在前兩個(gè)小球的連線上且離+Q較近。設(shè)第三個(gè)小球帶電量為q,放在距離+Q為x處(如圖所示),由平衡條件和庫侖定律有:
解得 以+Q為研究對象,由平衡條件得:得
即第三個(gè)小球帶負(fù)電,電荷量為Q的倍
【答案】第三個(gè)小球帶負(fù)電,電荷量為Q的倍
2.【解析】質(zhì)子帶電為+e,所以它是由2個(gè)上夸克和1個(gè)下夸克組成的.按題意,三個(gè)夸克必位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)處.這時(shí)上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為
代入數(shù)值,得 =46N,為斥力.
上夸克與下夸克之間的靜電力為
代入數(shù)值,得=23N,為吸力.
【答案】=23N,為吸力
3.【解析】由a點(diǎn)的電場線密度比b點(diǎn)的大,所以其場強(qiáng)也越大,同一電荷受到的電場力也大,即Fa>Fb,又因電場力做正功,所以Q為正電荷,故選項(xiàng)A正確
【答案】A
4.【解析】本題屬于連接體問題,主要考查牛頓第二定律在電場中的應(yīng)用,設(shè)加速度為a,對整體有:,再隔離球2分析:,聯(lián)立兩式得:,所以選項(xiàng)A正確
【答案】A
5.【解析】電場力的方向與面ABCD垂直,所以面ABCD是等勢面,A、D兩點(diǎn)的電勢差為0,又因A、A兩點(diǎn)的電勢差不為0,所以選項(xiàng)A錯(cuò)。帶正電的粒子從A點(diǎn)到D電場力不做功,而由D→D'電場力做功,所以選項(xiàng)B正確;同理,帶負(fù)電的粒子從A點(diǎn)沿路徑A→D→D'移到D'點(diǎn),電場力做負(fù)功,電勢能增大,選項(xiàng)C錯(cuò);由電場力做功的特點(diǎn)得選項(xiàng)D也正確。
【答案】BD
6.【解析】因電場力做功只與始末位置有關(guān),與路徑無關(guān),故選項(xiàng)D對。把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn)時(shí),電場力做正功,電勢能減少,所以選項(xiàng)A正確。而B錯(cuò)。負(fù)電荷則相反,即選項(xiàng)C錯(cuò)。
【答案】AD
7.【解析】本題主要考查電場力做功和電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系。根據(jù)W=得W=8×10-6 J,因沿場強(qiáng)方向的距離d小于
【答案】A
8.【解析】在勻強(qiáng)電場中,由于U=Ed,所以任意一族平行線上等距離的兩點(diǎn)的電勢差相等,因此Uab=Ucd,所以c點(diǎn)電勢為8V。,B對?疾閯驈(qiáng)電場中場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系,難度適中。
【答案】B
9.【解析】先根據(jù)電容器在電路穩(wěn)定的情況下相當(dāng)于斷路,比較兩種情況下兩極板的電勢差、電場強(qiáng)度、電場力大小進(jìn)而確定較大關(guān)系;再根據(jù)兩種情況下的總電阻大小確定電流關(guān)系。當(dāng)滑片在a位置時(shí)平行板電容器兩極板間電勢差比當(dāng)滑片在b位置時(shí)小,場強(qiáng)也就小,故θ1<θ2 ,兩種情況下的閉合電路總電阻不變,故I1=I2,所以正確選項(xiàng)D。
【答案】D
10.【解析】由于電容、和靜電計(jì)Y在電路中都起斷路作用,故沒有電流通過電壓表,故正確答案為選項(xiàng)C.
【答案】C
11.【解析】(1)極間場強(qiáng);
(2)粒子在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度
(3)由,得:
【答案】(1) (2) (3)
12.【解析】對帶電系統(tǒng)進(jìn)行分析,假設(shè)球A能達(dá)到右極板,電場力對系統(tǒng)做功為W1,有:
而且還能穿過小孔,離開右極板。
假設(shè)球B能達(dá)到右極板,電場力對系統(tǒng)做功為W2,有:
綜上所述,帶電系統(tǒng)速度第一次為零時(shí),球A、B應(yīng)分別在右極板兩側(cè)。
(1)帶電系統(tǒng)開始運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)加速度為a1,由牛頓第二定律:
= ③
球B剛進(jìn)入電場時(shí),帶電系統(tǒng)的速度為v1,有:
④
由③④求得: ⑤
(2)設(shè)球B從靜止到剛進(jìn)入電場的時(shí)間為t1,則:
⑥
將③⑤代入⑥得:
⑦
球B進(jìn)入電場后,帶電系統(tǒng)的加速度為a2,由牛頓第二定律:
⑧
顯然,帶電系統(tǒng)做勻減速運(yùn)動(dòng)。設(shè)球A剛達(dá)到右極板時(shí)的速度為v2,減速所需時(shí)間為t2,則有:
⑨
⑩
求得: ⑾
球A離電場后,帶電系統(tǒng)繼續(xù)做減速運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度為a3,再由牛頓第二定律:
⑿
設(shè)球A從離開電場到靜止所需的時(shí)間為t3,運(yùn)動(dòng)的位移為x,則有:
⒀
⒁
求得: ⒂
由⑦⑾⒂可知,帶電系統(tǒng)從靜止到速度第一次為零所需的時(shí)間為:
⒃
球A相對右板的位置為: ⒄
【答案】(1) (2)
13.【解析】(1)由題意可知電場力的力臂為l sinθ,故力矩M=2×E0q×l sinθ=E0q/sinθ
(2)W=2 E0q×(1-cosθ)=E0q /(1-cosθ)
(3)電偶極子在外電場中處于力矩平衡時(shí),電偶極子的方向與外加電場的夾角0或者π
①當(dāng)電偶極子方向與場強(qiáng)方向相同時(shí),即夾角為零時(shí)(如圖所示)由于電偶極子與電場垂直時(shí)電勢能為零, 所以該位置的電勢能等于由該位置轉(zhuǎn)到與電場垂直時(shí)電場力所做的功,電勢能 EP1=-E0ql
②當(dāng)電偶極子方向與場強(qiáng)方向相反時(shí),即夾角π為時(shí)同理可得,電勢能 EP2=E0ql
(4)由題意知 F=E0q0-2
【答案】(1)E0q/sinθ(2)E0q /(1-cosθ) (3)夾角為零EP1=-E0ql ,夾角π為時(shí)同理可得,電勢能 EP2=E0ql
(4)
14.【解析】由題意可知,帶電小球在勻強(qiáng)電場和點(diǎn)電荷非勻強(qiáng)電場這樣的疊加場中運(yùn)動(dòng),前兩問應(yīng)用力的觀點(diǎn)求解,因庫侖力是變力,所以第(3)問只能用能的觀點(diǎn)求解。
(1)開始運(yùn)動(dòng)時(shí)小球受重力、庫侖力、桿的彈力和電場力,沿桿方向運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律得
解得
代入數(shù)據(jù)解得
(2)小球速度最大時(shí)合力為零,即
解得
代入數(shù)據(jù)解得
(3)小球從開始運(yùn)動(dòng)到速度為的過程中,設(shè)重力做功為,電場力做功為,
庫侖力做功為,根據(jù)動(dòng)能定理有
解得
設(shè)小球的電勢能改變了△,則
△
△
△
【答案】(1) (2) (3)
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