内容正文:
9.3 电场 电场强度常见七种题型(提高卷)
目 录
题型一 电场强度概念与性质
题型二 场强叠加与定量计算
题型三 等量异种与典型电场
题型四 静电平衡与接触带电
题型五 电场线与带电粒子运动
题型六 实验与现象探究
题型七 解答与综合计算
题型一 电场强度概念与性质
【解题技巧】(电场强度由电场本身决定,与试探电荷无关,比值定义式只提供测量手段;方向规定为正电荷受静电力的方向。电场线从正电荷或无穷远出发终止于负电荷或无穷远,不相交不中断,疏密表示强弱,切线方向即场强方向。判断说法类小题紧扣定义式各项含义、检验电荷的试探性质以及电场线的五条特征,逐项核对即可。)
1.下列说法中不正确的是( )
A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子
B.电场线可以是带电粒子在电场中运动轨迹
C.用点电荷来代替实际带电体是采用了理想化物理模型的方法
D.法拉第不仅提出了电场的概念,而且还采用了电场线形象地描绘了电场
2.关于各种“电荷”,下列说法中正确的是( )
A.法拉第最早通过油滴实验测出了元电荷e的数值
B.电场强度定义式中,q指的是场源电荷的电荷量
C.体积很小的带电小球一定可以看成点电荷
D.点电荷场强公式中,Q指的是场源电荷的电荷量
3.关于静电场场强的概念,下列说法正确的是( )
A.电场中某一点的场强方向与放入该点的正试探电荷的受力方向相同
B.由可知,某电场的场强E与q成反比,与F成正比
C.正、负试探电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反,所以某一点场强方向与放入试探电荷的正负有关
D.电场中某点不放试探电荷时,该点场强为0
4.下列说法中正确的是( )
A.电场是客观存在的,电场线也是客观存在的物质
B.电场中某点的电场强度方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同
C.元电荷的电荷量是1C
D.点电荷一定是电量很小的电荷
题型二 场强叠加与定量计算
【解题技巧】(点电荷场强决定式与叠加原理是核心工具:先对每个场源分别写出场强,再按矢量合成求和,对称分布常使分量抵消只剩一个方向。均匀带电球壳、圆环、薄板等模型利用对称与补偿法,完整模型场强已知,割补后用差值或一半替代。定量运算统一用比例与倍数表达,先列字母式再代入,填空类小题注意单位换算与有效数字。)
5.如图所示,空间有一均匀带电薄圆盘水平放置,在其圆心正上方相距处的点固定一电荷量为+q的点电荷。、两点分别位于与圆盘圆心的连线及延长线上,且关于圆盘的圆心对称。已知在圆盘上方处点的电场强度为零,静电力常量为,则点的电场强度( )
A.大小为,方向竖直向上 B.大小为,方向竖直向下
C.大小为,方向竖直向上 D.大小为,方向竖直向下
6.如图所示,为半径为的半球壳,整个球壳上均匀分布有正电荷,总电荷量为,为圆心,、、、在同一水平直线上,,且,已知球壳上电荷在点处的电场强度大小为,静电力常量为。则下列判断正确的是( )
A.点处电场强度大小为,方向水平向右
B.点处电场强度大小为,方向水平向右
C.点处电场强度大小为,方向水平向左
D.点处电场强度大小为,方向水平向左
7.如图所示,A、B、C三点将半径为的圆均匀分成三等份,现将两个等量同种正点电荷分别固定在B、C两点,圆心O点处的电场强度大小为;若在A点处再固定一个等量的负点电荷,圆心O点处的电场强度大小为,则等于( )
A. B. C. D.无法确定
8.空间中有一边长为L的等边三角形ABC,A、B两点有两个固定的负点电荷。现将一个点电荷+q放在三角形的几何中心O处,则C点的电场强度刚好为零。若将+q移到AB边中点,已知静电力常量为k,则C点电场强度大小为( )
A. B. C. D.
9.如图所示,a、b、c、d是边长为L的菱形的四个顶点,,若将三个电荷量均为Q的正点电荷分别固定在a、b、c三个顶点上,静电力常量为k,则d点处的电场强度大小为( )
A. B. C. D.
10.五角星是大家非常熟悉的图形之一。如图所示,在五角星的某四个顶点上各放置电荷量为+Q的点电荷,第五个顶点上放置电荷量为的点电荷。已知顶点处的单个电荷量为Q的点电荷在五角星中心处产生的电场强度大小为E0,则五个点电荷在五角星中心处的合场强大小为( )
A.0 B.E0 C.2E0 D.
11.如图所示,边长为a的等边三角形ABC的每个顶点都放置一个同种点电荷,电荷量均为q,则B处点电荷受到的库仑力大小及底边BC的中点D的电场强度大小分别为(静电力常量为k)( )
A., B.,
C., D.,
12.如图甲所示,一绝缘半圆弧上均匀分布正电荷,在圆弧的圆心处激发的电场强度大小为,若截走右侧的,如图乙所示,则剩余圆弧在圆心处激发的电场强度大小为( )
A. B. C. D.
13.真空中有两个点电荷,、,分别固定在轴上坐标为0和的位置上,则( )
A.坐标为处的合电场强度为0
B.坐标为处的合电场强度为0
C.只考虑电场力,试探电荷在坐标为处平衡
D.坐标为处的合电场强度方向指向轴的负方向
14.如图所示,在等边三角形ABC的三个顶点处分别固定三个点电荷,A、B、C处点电荷的带电荷量分别为、、,三角形的边长为L,静电力常量为k,则三角形几何中心O处的电场强度( )
A.为0 B.方向为由O指向B,大小为
C.方向为由O指向B,大小为 D.方向为由O指向C,大小为
15.(多选)如图所示,A、B、C三点为一直角三角形的三个顶点,∠B=30°。现在A、B两点放置两个点电荷,A点放置的点电荷电荷量绝对值为q,AC两点间距离为L,静电力常量为k,测得C点场强方向与AB平行且水平向左,则( )
A.A点放置负电荷 B.B点放置负电荷
C.C点电场强度的大小 D.B点放置的点电荷的电荷量4q
题型三 等量异种与典型电场
【解题技巧】(等量异种电荷连线上中点场强不为零,中垂线上各点场强方向相同且与电荷连线平行,中点场强最大向两侧递减;等量同种电荷连线中点场强为零,中垂线上中点为零向外先增后减。连线与中垂线上对称点的场强关系要结合电场线疏密判断。分析时先画电场线草图,再看各点位置的对称性,沿连线与垂线分开比较大小和方向。)
16.如图,在a、b两点分别固定点电荷甲、乙,a、b间距为2L,O为ab连线的中点,静电力常量为k。下列说法正确的是( )
A.在O点产生场强方向由O指向a
B.在O点产生场强大小为,方向由b指向O
C.O点合场强大小为,方向由a指向b
D.O点合场强大小为0
17.(多选)电鳗瞬时放电时可产生高压,电流通过水介质传导足以击晕大型猎物或敌人。电鳗瞬时放电时周围的电场可简化为两个点电荷产生的电场。如图,图中描述A、B两个点电荷电场的部分电场线,下列说法正确的是( )
A.A带正电,B带负电,A的电荷量小于B的电荷量
B.M点的电场强度小于N点的电场强度
C.在M点由静止释放一个带正电的粒子,仅在静电力的作用下运动一小段距离,粒子的速度增加,加速度减小
D.除无穷远处外,B的左侧还有一处的电场强度为0
18.(多选)在M、N两点放置等量异种点电荷如图所示,MN是两电荷的连线,HG是两电荷连线的中垂线,O是垂足。下列说法正确的是( )
A.OM中点的电场比ON中点的电场强
B.O点的电场与MN上各点相比是最弱的
C.正电荷从O点移动到H点,电场力先增大后减小
D.若将N处换为+Q,在H点给电子某一恰当的初速度,电子可能做圆周运动
19.(多选)、两个点电荷在真空中产生电场的电场线(方向未标出)如图所示。图中点为两点电荷连线的中点,为两点电荷连线的中垂线,为中垂线上的一点,电场线的分布关于左右对称,则下列说法正确的是( )
A.这两个点电荷一定是等量异种电荷
B.这两个点电荷一定是等量同种电荷
C.负试探电荷在点所受电场力方向与该点电场强度方向相反
D.点的电场强度比点的电场强度小
题型四 静电平衡与接触带电
【解题技巧】(处于静电平衡的导体内部场强处处为零,表面场强垂直于表面,整个导体是等势体,电荷只分布在外表面。感应起电时近端感应异号电荷、远端感应同号电荷,感应电荷在导体内部产生的附加场与外场等大反向。接触带电的两个相同金属球平分电荷,再求场强时先确定分配后的电荷量。判断类小题抓住内部场强为零与附加场抵消两条主线。)
20.如图所示,在电荷量均为的等量同种正电荷、的电场中,放置一不带电的导体,、间的距离为,中点为的中点,静电力常量为。当达到静电平衡后,感应电荷在点产生的电场强度的大小和方向分别为( )
A.0 B.,
C., D.无法确定
题型五 电场线与带电粒子运动
【解题技巧】(由电场线疏密读出场强大小,由切线方向读出场强方向,再结合电荷正负确定受力方向。粒子仅在电场力下运动时,速度变化看力与速度夹角,轨迹弯向合力一侧,且只有初速为零或共线时才与电场线重合。图像类小题先看坐标轴与单位,从斜率、面积、截距提取信息。多情形比较按受力、加速度、速度、能量四步逐项排查,注意仅电场力做功对应动能变化。)
21.下列电场中,,两点电场强度相同的是( )
A. B.
C. D.
22.两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示,是两负电荷连线的中点,点在正电荷的正上方,、到正电荷的距离相等,则下列说法正确的是( )
A.点的电场强度比点的大 B.点的电场强度比点的小
C.点的电场强度比点的大 D.点的电场强度与点的相等
23.下列四个图所示电场中,可以让重力不计的带负电粒子做圆周运动的是( )
A.1、2 B.2、3 C.2、3、4 D.1、2、3
题型六 实验与现象探究
【解题技巧】(探究类问题围绕传感器与经典装置展开:用静电计或传感器显示场强分布,库仑扭秤放大微小力的思路体现放大法与理想化思想。读装置图先分清可变与可控量,按控制变量依次改变距离或电荷量并记录对应示数。数据处理多取倍数关系验证,结论表述与控制变量思想一致。观察起电与放电现象时先明确电荷来源与转移路径,再对应装置各部分作用。)
24.电通量是表征电场线分布情况的物理量,符号是。已知在电场强度为的匀强电场中,有一个与电场方向垂直的、面积为的平面,则通过这个面的电通量。如图所示是一个孤立正点电荷所产生电场的电场线和等势面分布平面图。已知点电荷电量是,静电力常量是,等势面到点电荷的距离是,球面的面积,则面的电通量是( )
A. B. C. D.
题型七 解答与综合计算
【解题技巧】(解答类题目按定对象、画受力、列方程、算结果四步推进:悬挂类用共点力平衡结合正交分解,杆与斜面类联立约束条件,多球系统逐个隔离后联立求解电荷量、距离或角度。涉及场源叠加先求合场强再算电场力。点电荷场强决定式与平衡条件结合时,先统一国际单位制再代入数据。书写时公式、代入、结果三段齐全,最后用量纲与数量级检验结果合理性。)
25.如图所示,同一竖直平面内,有两根光滑绝缘杆OA和OB,与竖直方向的夹角均为,两杆上分别套有能自由滑动的完全相同的带电小球,带电量均为+q,且静止于同一竖直高度处,两小球与O点的距离均为L,已知静电力常量k和重力加速度g,两小球均可视为点电荷,求:
(1)两小球间库仑力的大小F;
(2)O点的电场强度E;
(3)小球的质量m。
26.如图,、是处于真空中的两个电荷量都为的点电荷,是处于连线中垂线上的点电荷,带电量为。已知静电力常量为,、相距为,,求:
(1)对的静电力大小;
(2)、两个电荷在处产生的电场强度的大小和方向。
27.如图所示,真空中两个电荷量大小均为Q的负点电荷固定于相距2L的A、B两点,AB连线的中点为O,AB连线的中垂线上有一点C,且CO=L。已知静电力常量为k。
(1)求两电荷AB间库仑力的大小;
(2)求C点电场强度;
(3)现将另一个电荷量大小为q、质量为m的微粒(不计微粒的重力)放在C点,并给微粒一垂直纸面的初速度v0,微粒恰好以O为圆心做匀速圆周运动,求微粒所带电荷的电性和v0的大小。
28.如图所示在真空中点放一个点电荷,今在点放一个点电荷,的距离,静电力常量。求:
(1)在点受到的作用力的大小;
(2)点的场强。
29.如图所示,A、B两点固定有电荷量都为Q(未知)的带电小球,两小球到其连线中点O的距离均为x=0.8 m。两根长度均为L=1 m的绝缘细线一端分别系于A、B两点,另一端均系住带正电小球C,静止时,细线张力恰好为零。已知小球C的质量m=1.2 kg,电荷量,取重力加速度大小g=10 m/s2,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,三个小球均视为点电荷,不计空气阻力。
(1)求小球C处的电场强度E;
(2)求Q的值。
30.如图所示,O处电荷Q为真空中正点电荷,。
(1)若在A点放一点电荷,它受到的电场力,则A点的场强多大?
(2)若将q放在B点处,它受到的电场力为多大?
(3)若在B点处放一个与Q等量的异种电性点电荷Q′,则图中A点处的合场强多大?方向如何?
《9.3 电场 电场强度常见七种题型》参考答案
答题卡
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
A
D
A
B
B
A
B
C
D
C
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
C
C
A
B
AC
C
CD
BD
AC
A
题号
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
答案
B
B
D
B
题型一 电场强度概念与性质
1.A
【详解】A.摩擦起电的本质是电荷的转移,不产生电荷,故A错误,满足题意要求;
B.如果电场线是直线,且带电粒子的初速度为零或初速度方向与电场线方向在同一条直线上时,带电粒子在电场中运动轨迹可以与电场线重合,故B正确,不满足题意要求;
C.用点电荷来代替实际带电体是采用了理想化物理模型的方法,故C正确,不满足题意要求;
D.法拉第不仅提出了电场的概念,而且还采用了电场线形象地描绘了电场,故D正确,不满足题意要求。
故选A。
2.D
【详解】A.最早通过油滴实验测出元电荷数值的是密立根,故A错误;
B.电场强度定义式中,是试探电荷受到的电场力,是试探电荷的电荷量,故B错误;
C.只有当带电体的大小、形状及电荷分布对所研究问题的影响可以忽略时,才能将其视为点电荷,不能仅凭体积很小作出判断,故C错误;
D.真空中点电荷的场强公式中,表示产生电场的场源电荷的电荷量,计算场强大小时取其绝对值,故D正确。
故选D。
3.A
【详解】A.物理学明确规定,电场中某一点的场强方向与放入该点的正试探电荷的受力方向相同,故A正确;
B.是场强的比值定义式,场强由电场本身性质决定,与试探电荷的电荷量、试探电荷受到的电场力均无关,故B错误;
C.场强是电场的固有属性,方向由电场本身决定,与试探电荷的正负无关,正负试探电荷在同一点受力方向相反是电荷电性差异导致的,故C错误;
D.场强由电场本身决定,与是否放入试探电荷无关,不放试探电荷时该点场强也不会变为0,故D错误。
故选A。
4.B
【详解】A.电场是电荷周围客观存在的特殊物质;电场线是为了形象描述电场而引入的假想曲线,不是客观存在的物质,故A错误;
B.电场强度方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向,故B正确;
C.元电荷的电荷量绝对值为,不是,故C错误;
D.点电荷是带电体的形状和大小对研究问题的影响可以忽略时的理想化模型,电荷量不必很小,故D错误。
故选B。
题型二 场强叠加与定量计算
5.B
【详解】由图可知,点电荷到与两点的距离分别为和。设点电荷在与两点产生的场强大小分别为和。根据点电荷场强公式,其中为场点到点电荷的距离,正点电荷在这两点产生的场强均竖直向下,在点有
由于点的合场强为零,圆盘在点产生的场强必竖直向上,其大小为
圆盘电荷均匀分布,与两点关于圆心对称,故圆盘在这两点产生的场强大小相等、方向相反。因此,圆盘在点产生的场强竖直向下,大小仍为。点电荷在点产生的场强大小为
点的两个分场强均竖直向下,由电场叠加原理,合场强大小为,方向竖直向下。
故选B。
6.A
【详解】用割补法,补上与半球壳 关于 对称的右半球壳,构成总电荷量为 的完整均匀带电球壳;均匀带电球壳在壳外产生的场强等效于全部电荷集中于球心处,故完整球壳在距球心 处产生的场强大小为
由对称性,右半球壳在 点产生的场强与半球壳 在 点产生的场强大小相等、方向相反,故右半球壳在 点产生的场强大小为 ,方向水平向右。
完整球壳在 点产生的场强为两半球壳在该点产生场强的矢量和,两场强均水平向右,故半球壳 在 点产生的场强大小为 ,方向水平向右。
故选A。
7.B
【详解】两个等量正点电荷固定在B、C两点时,它们在圆心O处产生的电场大小均为
由于A、B、C三等分圆,B、C与O连线夹角为
两个大小相等、夹角为的电场矢量叠加,合场强大小为,方向沿OA向上。
再在A点放一个等量负电荷,它在O点产生的电场方向指向A,大小也是,方向同样沿OA向上。
所以总场强
因此
故选B。
8.C
【详解】设、两处负点电荷在点产生的合场强为。将放在几何中心处时,如下图
到的距离为等边三角形外接圆半径
由点电荷场强公式
得在点产生的场强大小为
方向由指向。因点场强为零,所以大小为,方向由指向,即沿指向中点。由于、处电荷固定,移动时不变。将移到点后,如下图
到的距离为等边三角形高
在点产生的场强大小为
方向由指向,与方向相反。因此点合场强大小为
方向沿指向。
故选C。
9.D
【详解】根据点电荷场强公式,、处的正点电荷在点产生的场强大小相等,有,方向夹角为。根据矢量合成规则,两个大小相等、夹角的矢量,合场强大小等于分场强大小,即,方向沿连线背离向外。
在菱形中到的距离也为,处的正点电荷在点产生的场强大小,方向同样沿连线背离向外。
因此d点总场强为
故选D。
10.C
【详解】将等效为一个和两个,由于对称性,五个产生的电场相互抵消,则中心处电场相当于两个所产生的电场。
由于单个电荷量为Q的点电荷在五角星中心处产生的电场强度大小为E0,则两个在五角星中心处产生的电场强度大小为2E0。
故选C。
11.C
【详解】B处点电荷受到的库仑力大小为
B、C处两点电荷在D点产生的场强相互抵消,故D点的场强为A处电荷在该处产生的场强,即
故选C。
12.C
【详解】将整个半圆弧AC平均分为三等分,每一份在圆心O处产生的电场强度均为E0,根据对称性和电场强度的叠加原理可得
剩余圆弧AB在圆心O处激发的电场强度大小为
联立可得
故选C。
13.A
【详解】AB.在区间,场强向右,场强向左,二者反向。设零点坐标为x,到该点距离,到该点距离。合场强为零,即
代入,求得
即处合场强等于0。故A正确,B错误;
CD.为正电荷,为负电荷。在区间,产生场强向右,产生场强也向右,两场强同向,合场强方向向右,所以坐标为处的合电场强度方向指向轴的正方向;由于该区域场强大小不可能为0,所以只考虑电场力,试探电荷在坐标为处不可能平衡,故CD错误;
故选A。
14.B
【详解】等边三角形的几何中心到顶点的距离均为
根据点电荷场强公式,可得每个点电荷在O点产生的场强大小均为
A点和C点的两个在O点的场强方向夹角为120°,大小均为,根据矢量合成规律,二者的合场强大小等于,方向由O指向B。
B点的在O点的场强方向也是由O指向B,大小为。三个场强叠加后总场强由O指向B,总大小为
故选B。
15.AC
【详解】AB.根据题意分析可知,由于C点的场强方向为水平向左,根据电场的叠加原理可知,因此A点为负电荷,B点为正电荷,故A正确,B错误;
C.如图所示
A点的点电荷在C点的场强
由几何知识可得
代入数据得,故C正确;
D.根据以上选项分析可知,根据点电荷电场强度公式有,B点的点电荷在C点的场强
又因为
代入数据得qB=8q,故D错误。
故选AC。
题型三 等量异种与典型电场
16.C
【详解】A.正电荷的场强方向是背离正电荷自身的方向,所以在O点产生场强方向由a指向O,故A错误;
B.在O点产生场强大小为
负电荷的场强方向是指向负电荷自身的方向,所以在O点产生场强方向由O指向b,故B错误;
CD.在O点产生场强大小为
则O点合场强大小为,方向由a指向b,故C正确,D错误;
故选C。
17.CD
【详解】A.电场线是从正电荷出发,终止于负电荷。由题图可知,电场线从A出发,部分终止于B,所以A带正电,B带负电。电场线的疏密代表场强的大小,由于A附近的电场线比B附近的电场线密集,则A附近的场强比B附近的场强大,所以根据点电荷场强公式可知,A的电荷量大于B的电荷量,故A错误;
B.电场线的疏密代表场强的大小。由题图可知,M点处的电场线比N点处密集,所以M点的电场强度大于N点的电场强度,故B错误;
C.在M点由静止释放一个带正电的粒子,仅在静电力的作用下运动一小段距离,则电场力做正功,故粒子的速度增大;由于带正电的粒子所受的电场力与电场线的切线方向相同,故该粒子由静止释放后向着电场线更稀疏的区域运动,场强E减小,根据牛顿第二定律有
解得
所以随着场强E减小,粒子的加速度也减小。故C正确;
D.由于A带正电,B带负电,且A的电荷量大于B的电荷量,则根据点电荷场强公式结合场强叠加原理可知,除无穷远处外,B的左侧还有一处的电场强度是0,故D正确。
故选CD。
18.BD
【详解】A.设,则中点和中点分别到两电荷的距离均为和,两处电场强度大小均为
故两处场强大小相等,故A错误;
B.设,上任意一点到的距离为,则到的距离为,两电荷在两者之间产生的电场方向相同,故该点场强大小为
该函数关于对称,且在处取得最小值,因此点的电场强度与上其他各点相比最弱,故B正确;
C.原来处为,处为,设正电荷在中垂线上距点的距离为,两电荷产生的电场沿方向,合场强大小为
随着增大,单调减小,因此正电荷从移动到的过程中,电场力逐渐减小,并非先增大后减小,故C错误;
D.将处换为后,设所在平面内的。取为轴,初始时电子位于点,若给电子一个垂直纸面且沿圆周切线方向的初速度,电子将可能在垂直纸面的平面内绕轴做圆周运动。
圆周上任意一点到、的距离均为,由于两电荷均为,两电荷产生的电场沿到轴线的径向方向向外,且轴向分量相互抵消,场强大小恒为
电子带负电,所受电场力沿径向指向轴线,可以充当向心力。若初速度大小满足
代入电场强度得
解得
此时电子所受电场力始终指向圆心,且电场力大小恒定,电子可以做匀速圆周运动,故D正确。
故选BD。
19.AC
【详解】AB.电场线是由正电荷出发,终止于负电荷,由图中分布对称的电场线可得A、B为等量异种电荷,故A正确,B错误;
C.负试探电荷在点所受电场力方向与该点电场强度方向相反,故C正确;
D.电场线的疏密程度表示电场的强弱,电场线的切线方向表示电场的方向,C点的电场线比D点密,所以两点电场强度大小关系为,故D错误。
故选AC。
题型四 静电平衡与接触带电
20.A
【详解】导体达到静电平衡后,内部任意一点的合场强为零。点在导体内部,因此点的合场强为零,即
所以感应电荷在点产生的场强与外部电荷A、B在点产生的场强等大反向。
A为正电荷,在点产生的场强方向为,大小为
B为正电荷,在点产生的场强方向为,大小也为
所以外部合场强大小为
因此感应电荷在点产生的场强为0。
故选A。
题型五 电场线与带电粒子运动
21.B
【详解】电场强度是矢量,需大小和方向都相同。匀强电场中各点场强大小方向均相同;点电荷电场中不同位置场强大小或方向不同。
A.,两点电场强度大小不同,方向也不同,故A错误;
B.,两点电场强度大小和方向均相同,故B正确;
C.,两点电场强度大小不同,方向相同,故C错误;
D.,两点电场强度大小相同,方向不同,故D错误。
故选B。
22.B
【详解】A.电场线越密,电场强度越大。由图可知,点的电场线比点的密,因此,A错误;
BC.两个相同的负电荷在点产生的电场强度大小相等、方向相反,合电场强度为零,因此点的电场强度等于正电荷在该点产生的电场强度,方向竖直向下。由于、到正电荷的距离相等,正电荷在两点产生的电场强度大小相等。
两个负电荷在点产生的合电场强度方向竖直向下,与正电荷在该点产生的电场强度方向相反。由图中点的电场线方向竖直向上可知,该点的合电场强度方向竖直向上,因此,B正确,C错误;
D.由图可知,点的电场线比点的密,因此,D错误。
故选B。
23.D
【详解】粒子所受电场力提供粒子做圆周运动的向心力,其运动轨迹如图所示
故选D。
题型六 实验与现象探究
24.B
【详解】正点电荷的电场线沿半径方向向外,球形等势面的面元法线也沿半径方向,因此电场强度与面元法线同向。通过与电场方向垂直的平面的电通量定义为。球面上各点到电荷的距离均为,场强大小处处相同,且点电荷在距其处的电场强度为
球面的面积为。所以
化简得
故选B。
题型七 解答与综合计算
25.(1)
(2),竖直向下
(3)
【详解】(1)由库仑定律可得,两小球间的库仑力的大小
由几何关系可得
解得
(2)两小球在O点产生的电场强度如图所示:
解得O点的电场强度
方向竖直向下。
(3)以其中一个小球为研究对象,受力分析如图所示:
由平衡条件可得
解得小球的质量
26.(1)
(2)大小,方向沿连线的中垂线向上
【详解】(1)根据库仑定律,真空中两个静止点电荷之间的相互作用力大小与它们的电荷量的乘积成正比,与它们之间距离的二次方成反比,公式为
题目已知处电荷量为,处电荷量为,、间距离为,代入公式可得对的静电力大小
(2)点电荷产生的电场强度公式为
、两处电荷量均为,且点位于连线的中垂线上,由几何关系可知、间距离也为,因此、在点产生的电场强度大小相等,均为
、均为正电荷,它们在点产生的电场强度方向分别沿连线延长线和连线延长线方向。根据电场强度的叠加原理,将和进行矢量合成。由几何关系可知,和与连线的夹角均为,它们在垂直于连线方向的分量同向叠加,在平行于连线方向的分量相互抵消。合场强大小为
代入的表达式解得
合场强方向沿连线的中垂线向上。
27.(1)
(2),方向由C指向O;
(3)正电,
【详解】(1)根据库仑定律可得两电荷AB间库仑力的大小
(2)两点电荷在C点产生的电场强度大小均为
根据电场强度叠加原理可得C点电场强度大小为,方向由C指向O;
(3)微粒(不计微粒的重力)放在C点,恰好以O为圆心做匀速圆周运动,则微粒受到向下的电场力,与场强方向相同,则微粒带正电,根据电场力提供向心力可得
解得
28.(1)
(2),方向从指向
【详解】(1)根据库仑定律可知,在点受到的作用力的大小
(2)点的场强
方向从指向。
29.(1),方向竖直向上
(2)
【详解】(1)小球C静止且两根细线张力均为零,因此C只受重力和电场力,二力平衡,电场力方向竖直向上。由平衡条件得
所以
小球C带正电,电场力方向与电场方向相同,故C处电场方向竖直向上。
(2)由,以及A、B关于O对称,在直角三角形AOC中,得
A、B两球在C处产生的电场水平分量相互抵消,竖直分量相加。由于合电场方向竖直向上,A、B两球必须带负电,故每个点电荷在C处产生的场强大小为
合电场的竖直分量满足
代入,,和,得
所以
30.(1)
(2)
(3)N/C,方向由A指向B
【详解】(1)根据电场强度的定义式,可得A点的场强
(2)根据库仑定律,点电荷在A点受到的电场力
在B点受到的电场力
(3)根据场强叠加原理,A点处的合场强
方向由A指向B。
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