第一章第2节 库仑定律（分层作业）物理教科版2019必修第三册

1.2库仑定律 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、库仑定律 1 二、多个点电荷库仑力的合成 3 三、共线的三个自由电荷的平衡问题 5 6 8 一、库仑定律 一、单选题 1．关于库仑定律的公式，下列说法正确的是（　　） A．当真空中的点电荷相接触时，库仑力无穷大 B．库仑力与两点电荷间的距离r的平方成正比 C．当带电体为两个导体球（球半径相对于距离不可忽略）时，r指的是两球心间的距离 D．q1对q2的库仑力大小等于q2对q1的库仑力大小 2．下面关于点电荷的说法中正确的是（　　） A．点电荷的带电量一定是1.60×10－19 C B．实际存在的电荷都是点电荷 C．点电荷是理想化的物理模型 D．只有球形带电体才可看成是点电荷 3．如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支架座上，两球心间的距离l为球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，引力常量为G，静电力常量为k。那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 4．使两个完全相同的金属小球（均可视为点电荷）分别带上和的电荷后，将它们固定在相距为的两点，它们之间库仑力的大小为。现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为的两点，它们之间库仑力的大小为。则与之比为（　　） A． B． C． D． 二、多选题 5．如图所示，带正电小球A通过绝缘弹簧固定在天花板上，与A完全相同的带正电小球B放在绝缘水平面上，小球A静止时弹簧处于拉伸状态。A、B的球心和弹簧轴线始终在一条竖直线上，将A向下拉伸一段距离后释放，从静止开始到第一次运动到最高点的过程中，弹簧始终在弹性限度内，则（　　） A．小球A速度最大时，所受弹簧弹力等于库仑力 B．小球A的加速度先减小后增大 C．小球A与弹簧组成系统的机械能一定增大 D．小球A与弹簧组成系统的机械能一定先增大后减小 三、实验题 6．某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素。图甲中，A是一个带正电的物体，系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离，静电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。他们分别进行了以下操作。 步骤一：把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的，，等位置，比较小球在不同位置所受带电物体的静电力的大小。 步骤二：使小球处于同一位置，增大（或减小）小球所带的电荷量，比较小球所受的静电力的大小。 (1)图甲中实验采用的方法是________填正确选项前的字母。 A．理想实验法 B．等效替代法 C．微小量放大法 D．控制变量法 (2)图甲实验表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的减小而 填“增大”“减小”或“不变”。 (3)接着该组同学使小球处于同一位置，增大（或减小）小球A所带的电荷量，比较小球所受作用力大小的变化。如图乙，悬挂在P点的不可伸长的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球B，在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球A，当A球到达悬点P的正下方并与B在同一水平线上，B处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向角度为，若两次实验中A的电量分别为和，分别为和，则为 。 二、多个点电荷库仑力的合成 一、单选题 1．如图所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电，b带负电，a所带的电荷量比b所带的电荷量小。已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示，它应是（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．F4 2．如图所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为外，其余各点处的点电荷电荷量均为，圆心O处固定一点电荷，则所受静电力（　　） A．大小为方向沿方向 B．大小为，方向沿方向 C．大小为，方向沿方向 D．大小为，方向沿方向 3．图中边长为a的正三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷、、，在该三角形中心O点处固定一电量为的点电荷，则该电荷受到的电场力为（　　）    A．，方向由O指向C B．，方向由C指向O C．，方向由C指向O D．，方向由O指向C 4．如图所示，A、B是两个电荷量都是Q的正点电荷， AB连线中点为O。现将另一个电荷量为-q的点电荷放置在AB连线中垂线上的C处，所受的静电力F应为图中的（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．F4 三、共线的三个自由电荷的平衡问题 一、单选题 1．光滑绝缘水平面上相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为+4q和-q，如图所示，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是（　　） A．-q，在A左侧距A为L处 B．-2q，在A左侧距A为处 C．+4q，在B右侧距B为L处 D．+2q，在B右侧距B为处 2．两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示。A处电荷带正电荷量Q1，B处电荷带负电荷量Q2，且Q2 = 5Q1，另取一个可以自由移动的点电荷Q3，放在AB直线上，欲使整个系统处于平衡状态，则（　　） A．Q3为负电荷，且放于B右方 B．Q3为负电荷，且放于A左方 C．Q3为正电荷，且放于A、B之间 D．Q3为正电荷，且放于B右方 3．如图，在光滑绝缘的水平面上有三个带电小球A、B、C，其中A球带正电，电荷量为16Q，B球带负电，电荷量为Q，已知A、B、C三个小球均处于静止状态，且AB之间的距离为L、则（    ）    A．C球带电量为，BC距离为 B．C球带电量为-16Q，BC距离为L C．C球带电量为16Q，BC距离为L D．C球带电量为，BC距离为 二、多选题 4．有三个点电荷的电荷量的绝对值分别为q1、q2、q3，三个点电荷在同一条直线上，在静电作用下均处于平衡状态，除静电力之外不考虑其他力的作用，并且q1、q2间的距离小于q2、q3间的距离，则q1、q2、q3所必须满足的关系为（　　） A．q1与q3是同种电荷，且与q2为异种电荷 B． C． D． 一、实验题 1．随着力传感器的测量精度的提高，不用“扭秤”而进行实验研究点电荷间的相互作用力（库仑力）成为可能。如图所示是某科技实验小组设计的研究库仑力的装置，在抽成真空的玻璃容器A内，M、N为完全相同的金属小球（带电后可视为点电荷），用绝缘支柱固定带电小球M，用可调丝线悬挂原来不带电的小球N，调控小球N的位置，通过等距离的背景刻度线0、1、2、3、4可准确确定小球M、N间的距离，相邻刻度线间距离均为d，通过固定在容器顶部并与丝线上端相连的高灵敏度拉力传感器B可以显示丝线上的拉力，控制放电杆可以让带电小球完全放电。实验小组完成了以下操作： ①在球N不带电时读出传感器示数F0； ②让球N与球M接触后，调整球N到位置1，读出并记录传感器示数F1； ③继续调整球N分别到位置2、3、4，依次读出并记录传感器示数F2、F3、F4； ④用放电杆使球N完全放电，再让球N与球M接触后，放回到位置1，读出并记录传感器示数F5； ⑤重复④的操作，依次读出并记录传感器示数F6、F7。 （1）小球N第一次与小球M接触后调整球N到位置1，此时小球M、N间的库仑力大小为 。 （2）对于上述操作，下列说法正确的是 。 A．本实验采用的主要实验方法是等效替代法 B．根据①②③的操作，可研究库仑力跟点电荷距离间的关系 C．根据②④⑤的操作，可研究库仑力跟小球带电荷量间的关系 D．要测定静电力常量k，还须准确测出小球M的带电量 （3）实验中使用两个完全相同的金属小球，其作用是 。 二、解答题 2．用两根长度均为的绝缘细线各系一个小球，并悬挂于同一点。已知两小球质量均为，当它们带上等量同种电荷时，两细线与竖直方向的夹角均为，如图所示。已知静电力常量为k = 9.0×109 N·m2/C，取重力加速度。，。求： （1）小球受绝缘细线拉力T的大小； （2）小球所带的电荷量的大小。 3．如图所示，把一带电荷量为的小球用绝缘细绳悬起，若将带电荷量为的带电小球靠近，当两个带电小球在同一高度相距时，绳与竖直方向成角，取，，且，两小球均可视为点电荷，求： （1），两球间的库仑力大小； （2）球的质量。 4．如图所示，质量为m的小球穿在绝缘细杆上，杆的倾角为，小球A带正电，电荷量为q。在斜面上B点处固定一个电荷量为Q的正电荷。将A由距B竖直高度为H处无初速度释放，小球A下滑过程中电荷量不变。不计A与细杆间的摩擦，整个装置处在真空中，已知静电力常量k和重力加速度g。求： （1）A球刚释放时的加速度大小； （2）当A球的动能最大时，求此时A球与B点的距离。 一、单选题 1．（2025·湖南·高考真题）如图，两带电小球的质量均为m，小球A用一端固定在墙上的绝缘轻绳连接，小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时，轻绳与竖直方向的夹角为，两球连线与轻绳的夹角为，整个系统在同一竖直平面内，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　） A．A球静止时，轻绳上拉力为 B．A球静止时，A球与B球间的库仑力为 C．若将轻绳剪断，则剪断瞬间A球加速度大小为g D．若将轻绳剪断，则剪断瞬间轻杆对B球的作用力变小 2．（2023·海南·高考真题）如图所示，一光滑绝缘轨道水平放置，直径上有A、B两点，AO = 2cm，OB = 4cm，在AB固定两个带电量分别为Q1、Q2的正电荷，现有一个带正电小球静置于轨道内侧P点（小球可视为点电荷），已知AP：BP = n：1，试求Q1：Q2是多少（   ）    A．2n2：1 B．4n2：1 C．2n3：1 D．4n3：1 二、多选题 3．（2025·安徽·高考真题）如图，两个倾角相等、底端相连的光滑绝缘轨道被固定在竖直平面内，空间存在平行于该竖直平面水平向右的匀强电场。带正电的甲、乙小球（均可视为质点）在轨道上同一高度保持静止，间距为L，甲、乙所带电荷量分别为q、，质量分别为m、，静电力常量为k，重力加速度大小为g。甲、乙所受静电力的合力大小分别为、，匀强电场的电场强度大小为E，不计空气阻力，则（　　） A． B． C．若将甲、乙互换位置，二者仍能保持静止 D．若撤去甲，乙下滑至底端时的速度大小 4．（2025·河北·高考真题）如图，真空中固定在绝缘台上的两个相同的金属小球A和B，带有等量同种电荷，电荷量为q，两者间距远大于小球直径，两者之间的静电力大小为F。用一个电荷量为Q的同样的金属小球C先跟A接触，再跟B接触，移走C后，A和B之间的静电力大小仍为F，则的绝对值可能是（　　） A．1 B．2 C．3 D．5 三、填空题 5．（2025·福建·高考真题）两个点电荷Q1与Q2静立于竖直平面上，于P点放置一检验电荷恰好处于静止状态，PQ1与Q1Q2夹角为30°，PQ1⊥PQ2，则Q1与Q2电量之比为 ，在PQ1连线上是否存在其它点能让同一检验电荷维持平衡状态 （存在，不存在）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 1.2库仑定律 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、库仑定律 1 二、多个点电荷库仑力的合成 5 三、共线的三个自由电荷的平衡问题 8 11 15 一、库仑定律 一、单选题 1．关于库仑定律的公式，下列说法正确的是（　　） A．当真空中的点电荷相接触时，库仑力无穷大 B．库仑力与两点电荷间的距离r的平方成正比 C．当带电体为两个导体球（球半径相对于距离不可忽略）时，r指的是两球心间的距离 D．q1对q2的库仑力大小等于q2对q1的库仑力大小 【答案】D 【详解】A．当两个电荷距离趋于0时，两电荷不能看成点电荷，此时库仑定律的公式不再适用，A错误； B．库仑力与两点电荷的电荷量的乘积成正比，与两点电荷间的距离r的平方成反比，故B错误； C．当带电体为两个导体球（球半径相对于距离不可忽略）时，带电体不可视为点电荷，电荷分布不均匀，库仑定律不适用，r不是指两球心间的距离，故C错误； D．q1对q2的库仑力与q2对q1的库仑力是一对作用力与反作用力，大小相等，故D正确。 故选D。 2．下面关于点电荷的说法中正确的是（　　） A．点电荷的带电量一定是1.60×10－19 C B．实际存在的电荷都是点电荷 C．点电荷是理想化的物理模型 D．只有球形带电体才可看成是点电荷 【答案】C 【详解】A．点电荷是将带电物体简化为一个带电的点，元电荷是电量的最小值，点电荷的值可以等于元电荷，也可以是元电荷的整数倍，即点电荷的电荷量可多可少，故A错误； B．在研究带电体间的相互作用时，带电体的尺寸远小于它们之间的距离时，才可把带电体看成点电荷，并不是所有电荷都可以看成点电荷，故B错误； C．点电荷是理想化的物理模型，故C正确； D．任何形状的带电体在距离足够大的情况下都可以看成是点电荷，故D错误。 故选C。 3．如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a与b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支架座上，两球心间的距离l为球半径的3倍。若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，引力常量为G，静电力常量为k。那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】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只有其半径r的3倍，但由于其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所以两者之间的引力为 库仑定理适合于真空中的两个点电荷，由于两球心间的距离只有其半径r的3倍，所以金属球壳a与b不能看作点电荷，则库仑力 故选D。 4．使两个完全相同的金属小球（均可视为点电荷）分别带上和的电荷后，将它们固定在相距为的两点，它们之间库仑力的大小为。现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为的两点，它们之间库仑力的大小为。则与之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】开始时，根据库仑定律可得 现用绝缘工具使两小球相互接触后，根据电量平分原理，可知各自带电为，距离为2a，根据库仑定律可得 故 故选D。 二、多选题 5．如图所示，带正电小球A通过绝缘弹簧固定在天花板上，与A完全相同的带正电小球B放在绝缘水平面上，小球A静止时弹簧处于拉伸状态。A、B的球心和弹簧轴线始终在一条竖直线上，将A向下拉伸一段距离后释放，从静止开始到第一次运动到最高点的过程中，弹簧始终在弹性限度内，则（　　） A．小球A速度最大时，所受弹簧弹力等于库仑力 B．小球A的加速度先减小后增大 C．小球A与弹簧组成系统的机械能一定增大 D．小球A与弹簧组成系统的机械能一定先增大后减小 【答案】BC 【详解】A．小球A的合力等于零时，速度最大，由题意知小球A静止时弹簧处于拉伸状态，根据平衡条件可得 所受弹簧弹力不一定等于库仑力，A错误； B．小球A的合力等于零时，速度最大，加速度等于零，所以小球A的加速度先减小后增大，B正确； CD．从静止开始到第一次运动到最高点的过程中，小球B对小球A的库仑力竖直向上，对小球A一直做正功，根据功能关系可知，小球A与弹簧组成系统的机械能一定增大，C正确，D错误。 故选BC。 三、实验题 6．某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素。图甲中，A是一个带正电的物体，系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离，静电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。他们分别进行了以下操作。 步骤一：把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的，，等位置，比较小球在不同位置所受带电物体的静电力的大小。 步骤二：使小球处于同一位置，增大（或减小）小球所带的电荷量，比较小球所受的静电力的大小。 (1)图甲中实验采用的方法是________填正确选项前的字母。 A．理想实验法 B．等效替代法 C．微小量放大法 D．控制变量法 (2)图甲实验表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的减小而 填“增大”“减小”或“不变”。 (3)接着该组同学使小球处于同一位置，增大（或减小）小球A所带的电荷量，比较小球所受作用力大小的变化。如图乙，悬挂在P点的不可伸长的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球B，在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球A，当A球到达悬点P的正下方并与B在同一水平线上，B处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向角度为，若两次实验中A的电量分别为和，分别为和，则为 。 【答案】(1)D (2)增大 (3) 【详解】（1）图甲中先保持带电小球的电荷量不变，把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的、、等位置，改变两个小球之间的距离，比较库仑力的大小；后来保持小球之间的距离不变，改变小球所带的电荷量大小，分析小球之间的库仑力，所以实验采用的方法是控制变量法。 故选D。 （2）本实验中，根据小球的摆角可以看出小球所受作用力的大小，由图可知，电荷量越大、距离越小，丝线偏离竖直方向的角度越大，根据对小球受力分析可知电荷之间的静电力随着电荷量的增大、距离的减小而增大。 （3）设小球B的质量为m，电量为q，B球的受力情况如图所示 当A球带电量为时，由平衡条件得 其中 当A球带电量为时，由平衡条件得 其中 联立，解得 二、多个点电荷库仑力的合成 一、单选题 1．如图所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电，b带负电，a所带的电荷量比b所带的电荷量小。已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示，它应是（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．F4 【答案】B 【详解】a和c带正电，则a对c的库仑力为斥力，方向沿，b带负电，则b对c的库仑力为引，方向沿，根据 由于a所带的电荷量比b所带的电荷量小，则a对c的库仑斥力小于b对c的库仑引力，根据力的合成规律可知，c受到a和b的静电力的合力方向偏向b对c的库仑引力方向，可知，c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段表示。 故选B。 2．如图所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为外，其余各点处的点电荷电荷量均为，圆心O处固定一点电荷，则所受静电力（　　） A．大小为方向沿方向 B．大小为，方向沿方向 C．大小为，方向沿方向 D．大小为，方向沿方向 【答案】C 【详解】将A处点电荷拆分为与，则由对称性可知，A、B、C、D、E五处对O处点电荷Q的合静电力为0，故O处Q所受静电力等于A处等效的对它的作用力，由库仑定律可知，静电力的大小为 由异种电荷相吸引可知，静电力方向沿方向。 故选C。 3．图中边长为a的正三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷、、，在该三角形中心O点处固定一电量为的点电荷，则该电荷受到的电场力为（　　）    A．，方向由O指向C B．，方向由C指向O C．，方向由C指向O D．，方向由O指向C 【答案】B 【详解】O点是三角形的中心，O到A、B、C的距离均为 A、B、C处三个点电荷对O点负电荷作用力大小均为 沿OA方向，沿OB方向，沿CO方向；根据平行四边形定则和几何知识可得，与的合力大小为 方向沿CO方向；则该负电荷受到的电场力大小为 方向由C指向O。 故选B。 4．如图所示，A、B是两个电荷量都是Q的正点电荷， AB连线中点为O。现将另一个电荷量为-q的点电荷放置在AB连线中垂线上的C处，所受的静电力F应为图中的（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．F4 【答案】C 【详解】根据题意可知，-q受到正点电荷的引力作用，根据对称性可知，两分力的合力竖直向下，故C正确ABD错误。 故选C。 三、共线的三个自由电荷的平衡问题 一、单选题 1．光滑绝缘水平面上相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为+4q和-q，如图所示，今引入第三个点电荷C，使三个点电荷都处于平衡状态，则C的电荷量和放置的位置是（　　） A．-q，在A左侧距A为L处 B．-2q，在A左侧距A为处 C．+4q，在B右侧距B为L处 D．+2q，在B右侧距B为处 【答案】C 【详解】A、B、C三个电荷要平衡，三个电荷必须在一条直线上，在AB连线上只有B的右侧某一位置合场强为零，则C的位置一定在B的右侧，设电荷C与B的距离为r，则C与A的距离为L+r，C能处于平衡状态，说明A对C的电场力大小等于B对C的电场力大小，设C的电量为Q，则有 解得 r=L 欲使A、B受到电场力合力都为零，则C只能带正电，对点电荷A受力平衡，则有 解得 Q=4q 即C带正电，电荷量为+4q，在B的右侧距B为L处。 故选C。 2．两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示。A处电荷带正电荷量Q1，B处电荷带负电荷量Q2，且Q2 = 5Q1，另取一个可以自由移动的点电荷Q3，放在AB直线上，欲使整个系统处于平衡状态，则（　　） A．Q3为负电荷，且放于B右方 B．Q3为负电荷，且放于A左方 C．Q3为正电荷，且放于A、B之间 D．Q3为正电荷，且放于B右方 【答案】B 【详解】因为每个电荷都受到其余两个电荷的库仑力作用，且已知A、B两处电荷是异种电荷，对Q3的作用力一个为引力，一个为斥力，所以为了使Q3平衡，Q3不能放在A、B之间；由于B处电荷的电荷量Q2较大，根据库仑定律知，Q3放在离B较远而离A较近的地方才有可能处于平衡状态，故Q3应放在A的左方，要使A、B两处电荷也处于平衡状态，Q3必须带负电。 故选B。 3．如图，在光滑绝缘的水平面上有三个带电小球A、B、C，其中A球带正电，电荷量为16Q，B球带负电，电荷量为Q，已知A、B、C三个小球均处于静止状态，且AB之间的距离为L、则（    ）    A．C球带电量为，BC距离为 B．C球带电量为-16Q，BC距离为L C．C球带电量为16Q，BC距离为L D．C球带电量为，BC距离为 【答案】D 【详解】B球受力平衡，可知C球带正电，设小球C带电量为q，BC之间距离为r。因为三个小球均静止，所以对B球受力分析有 对C球有 联立解得 ， 故选D。 二、多选题 4．有三个点电荷的电荷量的绝对值分别为q1、q2、q3，三个点电荷在同一条直线上，在静电作用下均处于平衡状态，除静电力之外不考虑其他力的作用，并且q1、q2间的距离小于q2、q3间的距离，则q1、q2、q3所必须满足的关系为（　　） A．q1与q3是同种电荷，且与q2为异种电荷 B． C． D． 【答案】ABD 【详解】A．电荷q1平衡，说明q2、q3对其是一个吸引力和一个排斥力，故三个电荷中不全是同种电荷。同理，q3也是受到一个吸引力和一个排斥力，由此可知，q1、q3是同种电荷，且与q2相反，故A正确； B．电荷q2平衡，故 由于q1、q2之间的距离小于q2、q3之间的距离，故 同理可知，q2的电荷量最小，则 故B正确； CD．电荷q1平衡，故 同理，电荷q3平衡，故 联立可得 也即 故C错误，D正确。 故选ABD。 一、实验题 1．随着力传感器的测量精度的提高，不用“扭秤”而进行实验研究点电荷间的相互作用力（库仑力）成为可能。如图所示是某科技实验小组设计的研究库仑力的装置，在抽成真空的玻璃容器A内，M、N为完全相同的金属小球（带电后可视为点电荷），用绝缘支柱固定带电小球M，用可调丝线悬挂原来不带电的小球N，调控小球N的位置，通过等距离的背景刻度线0、1、2、3、4可准确确定小球M、N间的距离，相邻刻度线间距离均为d，通过固定在容器顶部并与丝线上端相连的高灵敏度拉力传感器B可以显示丝线上的拉力，控制放电杆可以让带电小球完全放电。实验小组完成了以下操作： ①在球N不带电时读出传感器示数F0； ②让球N与球M接触后，调整球N到位置1，读出并记录传感器示数F1； ③继续调整球N分别到位置2、3、4，依次读出并记录传感器示数F2、F3、F4； ④用放电杆使球N完全放电，再让球N与球M接触后，放回到位置1，读出并记录传感器示数F5； ⑤重复④的操作，依次读出并记录传感器示数F6、F7。 （1）小球N第一次与小球M接触后调整球N到位置1，此时小球M、N间的库仑力大小为 。 （2）对于上述操作，下列说法正确的是 。 A．本实验采用的主要实验方法是等效替代法 B．根据①②③的操作，可研究库仑力跟点电荷距离间的关系 C．根据②④⑤的操作，可研究库仑力跟小球带电荷量间的关系 D．要测定静电力常量k，还须准确测出小球M的带电量 （3）实验中使用两个完全相同的金属小球，其作用是 。 【答案】 BD 使小球N与带电小球M接触时将M所带的电荷量平分 【详解】（1）[1]在球N不带电时读出传感器示数F0；小球N第一次与小球M接触后调整球N到位置1，此时传感器示数F1，则小球M、N间的库仑力大小为F0-F1。 （2）[2]A．本实验是采取了控制变量法，A错误； B．根据①②③的操作，通过传感器的读数可知两球之间的库仑力，因各个位置的距离已知，则可研究库仑力跟点电荷距离间的关系，B正确； C．在球N不带电时读出传感器示数F0；小球N第一次与小球M接触后调整球N到位置1，此时传感器示数F1，则小球M、N间的库仑力大小为F0-F1，操作④⑤，保持小球间距离不变，每次小球N放电后再与M接触，由于两球完全相同，使小球所受电荷量依次减小到前次的一半，所以要研究库仑力跟小球带电荷量间的关系①②④⑤操作能够完成，C错误； D．要测定静电力常量k，还须准确测出小球M的带电荷量，D正确。 故选BD。 （3）[3]实验中使用两个完全相同的金属小球，其作用是使小球N与带电小球M接触时将M所带的电荷量平分。 二、解答题 2．用两根长度均为的绝缘细线各系一个小球，并悬挂于同一点。已知两小球质量均为，当它们带上等量同种电荷时，两细线与竖直方向的夹角均为，如图所示。已知静电力常量为k = 9.0×109 N·m2/C，取重力加速度。，。求： （1）小球受绝缘细线拉力T的大小； （2）小球所带的电荷量的大小。 【答案】（1）150N；（2）1.2×10-4C 【详解】（1）对小球进行受力分析，如图所示 设绳子对小球的拉力为T，根据平衡条件得 （2）设小球在水平方向受到库仑力的大小为F F=mgtanθ 根据库仑定律得 其中 r=2Lsin37° 解得 可得 q=1.2×10-4C 3．如图所示，把一带电荷量为的小球用绝缘细绳悬起，若将带电荷量为的带电小球靠近，当两个带电小球在同一高度相距时，绳与竖直方向成角，取，，且，两小球均可视为点电荷，求： （1），两球间的库仑力大小； （2）球的质量。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）AB间的库仑力大小 （2）小球受力如图所示： 由平衡条件 解得球的质量 4．如图所示，质量为m的小球穿在绝缘细杆上，杆的倾角为，小球A带正电，电荷量为q。在斜面上B点处固定一个电荷量为Q的正电荷。将A由距B竖直高度为H处无初速度释放，小球A下滑过程中电荷量不变。不计A与细杆间的摩擦，整个装置处在真空中，已知静电力常量k和重力加速度g。求： （1）A球刚释放时的加速度大小； （2）当A球的动能最大时，求此时A球与B点的距离。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）由牛顿第二定律可得 根据库仑定律有 A球刚释放时，有 联立解得 （2）当A球受到的合力为零，即加速度为零时，动能最大。 设此时A球与B点间的距离为d，则有 解得 一、单选题 1．（2025·湖南·高考真题）如图，两带电小球的质量均为m，小球A用一端固定在墙上的绝缘轻绳连接，小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时，轻绳与竖直方向的夹角为，两球连线与轻绳的夹角为，整个系统在同一竖直平面内，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　） A．A球静止时，轻绳上拉力为 B．A球静止时，A球与B球间的库仑力为 C．若将轻绳剪断，则剪断瞬间A球加速度大小为g D．若将轻绳剪断，则剪断瞬间轻杆对B球的作用力变小 【答案】C 【详解】AB．根据题意A球静止时，对A球受力分析，如图所示 由平行四边形定则及几何关系，轻绳上拉力为 A球与B球间的库仑力 故AB错误； C．若将轻绳剪断，则剪断瞬间A球受到轻绳的拉力消失，其它两力保持不变，根据三力平衡知识，此时A球的合外力大小为，则加速度大小为g，故C正确； D．若将轻绳剪断，则剪断瞬间B球受到的库仑力、重力不变，小球仍然处在静止状态，则轻杆对B球的作用力不变，故D错误。 故选C。 2．（2023·海南·高考真题）如图所示，一光滑绝缘轨道水平放置，直径上有A、B两点，AO = 2cm，OB = 4cm，在AB固定两个带电量分别为Q1、Q2的正电荷，现有一个带正电小球静置于轨道内侧P点（小球可视为点电荷），已知AP：BP = n：1，试求Q1：Q2是多少（   ）    A．2n2：1 B．4n2：1 C．2n3：1 D．4n3：1 【答案】C 【详解】对小球受力分析如图所示    由正弦定理有 其中 ∠CPH = ∠OPB，∠CHP = ∠HPD = ∠APO 其中△APO中 同理有 其中 ， 联立有 Q1：Q2= 2n3：1 故选C。 二、多选题 3．（2025·安徽·高考真题）如图，两个倾角相等、底端相连的光滑绝缘轨道被固定在竖直平面内，空间存在平行于该竖直平面水平向右的匀强电场。带正电的甲、乙小球（均可视为质点）在轨道上同一高度保持静止，间距为L，甲、乙所带电荷量分别为q、，质量分别为m、，静电力常量为k，重力加速度大小为g。甲、乙所受静电力的合力大小分别为、，匀强电场的电场强度大小为E，不计空气阻力，则（　　） A． B． C．若将甲、乙互换位置，二者仍能保持静止 D．若撤去甲，乙下滑至底端时的速度大小 【答案】ABD 【详解】AB．如图，对两球进行受力分析，设两球间的库仑力大小为F，倾角为，对甲球根据平衡条件有，① 对乙球有， 联立解得② 故 同时有 解得 故AB正确； C．若将甲、乙互换位置，若二者仍能保持静止，同理可得对甲有， 对乙有， 联立可得，无解 假设不成立，故C错误； D．若撤去甲，对乙球根据动能定理 根据前面分析由①②可知 联立解得 故D正确。 故选ABD。 4．（2025·河北·高考真题）如图，真空中固定在绝缘台上的两个相同的金属小球A和B，带有等量同种电荷，电荷量为q，两者间距远大于小球直径，两者之间的静电力大小为F。用一个电荷量为Q的同样的金属小球C先跟A接触，再跟B接触，移走C后，A和B之间的静电力大小仍为F，则的绝对值可能是（　　） A．1 B．2 C．3 D．5 【答案】AD 【详解】C先跟A接触后，两者电荷量均变为，C再跟B接触后，两则电荷量均变为，此时AB之间静电力大小仍为，则有 解得或； 则的绝对值可能是1或者5。 故选AD。 三、填空题 5．（2025·福建·高考真题）两个点电荷Q1与Q2静立于竖直平面上，于P点放置一检验电荷恰好处于静止状态，PQ1与Q1Q2夹角为30°，PQ1⊥PQ2，则Q1与Q2电量之比为 ，在PQ1连线上是否存在其它点能让同一检验电荷维持平衡状态 （存在，不存在）。 【答案】 不存在 【详解】[1]根据几何关系设，对检验电荷进行受力分析，可得 其中， 联立解得 [2]如图 根据平衡条件可知检验电荷受到的重力和两点电荷对其的库仑力组成一个封闭的三角形，若在PQ1连线上存在其它点能让同一检验电荷维持平衡状态，此时点电荷对检验电荷的库仑力变大，根据三角形法则可知此时点电荷对检验电荷的库仑力必然增大；由于此时检验电荷与点电荷间的距离在增大，库仑力在减小，故矛盾，假设不成立，故在PQ1连线上不存在其它点能让同一检验电荷维持平衡状态。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$