高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)逐個(gè)突破專題50場(chǎng)強(qiáng)的疊加特殊帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法(原卷版+解析)_第1頁(yè)
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專題50場(chǎng)強(qiáng)的疊加特殊帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法考點(diǎn)一場(chǎng)強(qiáng)的疊加(1-6T)考點(diǎn)二特殊帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法(7-24)考點(diǎn)一場(chǎng)強(qiáng)的疊加電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為所有分電場(chǎng)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和1.如圖所示,在邊長(zhǎng)為a的正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上固定有電量大小都為Q的點(diǎn)電荷,其中兩個(gè)帶正電;一個(gè)帶負(fù)電,則正三角形中心處的電場(chǎng)強(qiáng)度E大小為(

)A.E=2kQa2 B.E=3kQa22.中華人民共和國(guó)國(guó)旗的設(shè)計(jì)圖中每一顆五角星都是邊長(zhǎng)相等的共面十邊形。如圖所示abcdefg?ij也是一個(gè)邊長(zhǎng)相等的共面十邊形,若在e點(diǎn)固定電荷量為Q的正電荷,i點(diǎn)固定電荷量為Q的負(fù)電荷。下列說(shuō)法正確的是(

)A.a(chǎn)、c兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同B.b、g兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C.b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比d點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小D.f點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比j點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小3.如圖所示,在水平向右、大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,在O點(diǎn)固定一電荷量為Q的正電荷,A、B、C、D為以O(shè)為圓心、半徑為r的同一圓周上的四點(diǎn),B、D連線與電場(chǎng)線平行,A、C連線與電場(chǎng)線垂直。則()A.A、C兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相同B.B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E﹣kQC.D點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小不可能為0D.A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E4.(2023·全國(guó)·高三專題練習(xí))在水平面上固定了三個(gè)點(diǎn)電荷,分別放在等腰梯形的三個(gè)頂點(diǎn)上,AB=AD=DC=12BC=L,電量關(guān)系及電性如圖所示,靜電力常數(shù)為kA.0 B.kQL2 C.3kQ5.如圖所示,M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn),O點(diǎn)為半圓弧的圓心,∠MOP=60°。電荷量相等、符號(hào)相反的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別置于M、N兩點(diǎn),這時(shí)O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E1;若將N點(diǎn)處的點(diǎn)電荷移至P點(diǎn),則O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小變?yōu)镋2,E2與E1之比為()A.1∶2 B.2∶1 C.3:2 D.6.(2022·湖北武漢·模擬預(yù)測(cè))(多選)如圖所示,正方形ABCD的邊長(zhǎng)為L(zhǎng),在它的四個(gè)頂點(diǎn)各放置一個(gè)電荷量均為Q、電性未知的點(diǎn)電荷,已知靜電力常量為k,則正方形中心O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小可能是()A.2kQL2 B.22kQL2考點(diǎn)二特殊帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法方法一:補(bǔ)償法當(dāng)所給帶電體不是一個(gè)完整的規(guī)則物體時(shí)(例如有缺口的帶電圓環(huán)、半球面等),通過(guò)補(bǔ)償使其成為規(guī)則形狀,求出規(guī)則物體的場(chǎng)強(qiáng),再減去補(bǔ)償部分產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng),從而得到不規(guī)則物體的場(chǎng)強(qiáng)。應(yīng)用此法的關(guān)鍵是補(bǔ)償后的帶電體應(yīng)當(dāng)是我們熟悉的某一物理模型。方法二:對(duì)稱法形狀規(guī)則電荷均勻分布的帶電體形成的電場(chǎng)具有對(duì)稱性,位置對(duì)稱的兩點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等。如果能夠求出其中一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度,根據(jù)對(duì)稱性特點(diǎn),對(duì)稱處的電場(chǎng)強(qiáng)度即可求出。方法三:微元法將帶電體分成許多電荷元,每個(gè)電荷元可看成點(diǎn)電荷,先求出每個(gè)電荷元的場(chǎng)強(qiáng),再結(jié)合對(duì)稱性和場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求出合場(chǎng)強(qiáng)。求解均勻帶電圓環(huán)、帶電平面、帶電直桿等在某點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)問(wèn)題,可應(yīng)用微元法。方法四:等效法在保證效果相同的條件下,將復(fù)雜的電場(chǎng)情景變換為簡(jiǎn)單的或熟悉的電場(chǎng)情景,利用等效思維方法處理問(wèn)題時(shí),關(guān)鍵是確定好等效電荷及其位置。例如:一個(gè)點(diǎn)電荷+q與一個(gè)無(wú)限大薄金屬板形成的電場(chǎng),等效為兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng),如圖甲、乙所示.7.如圖所示,電荷量為q的點(diǎn)電荷與均勻帶電薄板相距2d,點(diǎn)電荷到帶電薄板的垂線通過(guò)板的幾何中心。若圖中A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0,則帶電薄板產(chǎn)生的電場(chǎng)在圖中B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度正確的是()A.大小為kq4d2,方向向右C.大小為kq4d2,方向向左8.(2022·全國(guó)·高三專題練習(xí))如圖所示,半徑為R的金屬圓環(huán)固定在豎直平面,金屬環(huán)均勻帶電,帶電量為Q,一長(zhǎng)為L(zhǎng)=2R的絕緣細(xì)線一端固定在圓環(huán)最高點(diǎn),另一端連接一質(zhì)量為m、帶電量為q(未知)的金屬小球(可視為質(zhì)點(diǎn))。穩(wěn)定時(shí)帶電金屬小球在過(guò)圓心且垂直圓環(huán)平面的軸上的P點(diǎn)處于平衡狀態(tài),點(diǎn)P'(圖中未畫(huà)出)是點(diǎn)P關(guān)于圓心O對(duì)稱的點(diǎn)。已知靜電常量為k,重力加速度為g,若取無(wú)窮遠(yuǎn)為零勢(shì)面,下列說(shuō)法正確的是()A.O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定為零B.P'點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小為3C.金屬帶電小球的電量為q=D.剪斷細(xì)線瞬間,小球加速度水平向右9.(2022·山東·高考真題)半徑為R的絕緣細(xì)圓環(huán)固定在圖示位置,圓心位于O點(diǎn),環(huán)上均勻分布著電量為Q的正電荷。點(diǎn)A、B、C將圓環(huán)三等分,取走A、B處兩段弧長(zhǎng)均為ΔL的小圓弧上的電荷。將一點(diǎn)電荷q置于OC延長(zhǎng)線上距O點(diǎn)為2R的D點(diǎn),O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度剛好為零。圓環(huán)上剩余電荷分布不變,qA.正電荷,q=QΔLC.負(fù)電荷,q=2QΔL10.(2022·全國(guó)·高三專題練習(xí))均勻帶電球體在球的外部產(chǎn)生的電場(chǎng)與一個(gè)位于球心的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相同。如圖所示,半徑為R的球體上均勻分布著正電荷,在過(guò)球心O的直線上有A、B、C三個(gè)點(diǎn),OB=BA=R,CO=2R。若以O(shè)B為直徑在球內(nèi)挖一球形空腔,球的體積公式為V=43πr3A.9:25 B.25:9C.175:207 D.207:17511.(2022·重慶·模擬預(yù)測(cè))如圖所示,用粗細(xì)均勻的絕緣線制成直徑為L(zhǎng)的圓環(huán),OE為圓環(huán)的半徑,圓環(huán)上均勻地分布著正電荷,現(xiàn)在圓環(huán)上E處取下足夠短的帶電量為q的一小段,將其沿OE連線向下移動(dòng)L的距離到F點(diǎn)處,設(shè)圓環(huán)的其他部分的帶電量與電荷分布保持不變,已知靜電力常量為k,若此時(shí)在O點(diǎn)放一個(gè)帶電量為Q的帶正電的試探電荷,則該試探電荷受到的電場(chǎng)力大小為()A.kQq3L2 B.4kQq9L212.如圖所示,A、B、C、D、E是半徑為r的圓周上等間距的五個(gè)點(diǎn),在這些點(diǎn)上各固定一個(gè)點(diǎn)電荷,除A點(diǎn)處點(diǎn)電荷的電荷量為-q外,其余各點(diǎn)處點(diǎn)電荷的電荷量均為+q,則圓心O處()A.場(chǎng)強(qiáng)大小為3kqr2,方向沿B.場(chǎng)強(qiáng)大小為3kqr2,方向沿C.場(chǎng)強(qiáng)大小為2kqr2,方向沿D.場(chǎng)強(qiáng)大小為2kqr2,方向沿13.在一半徑為R的圓周上均勻分布有N個(gè)絕緣帶電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))無(wú)間隙排列,其中A點(diǎn)的小球帶電荷量為+4q,其余小球帶電荷量為+q,此時(shí)圓心O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,現(xiàn)僅撤去A點(diǎn)的小球,則O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為A.大小為E,方向沿AO連線斜向下B.大小為E/2,方向沿AO連線斜向下C.大小為E/3,方向沿OA連線斜向上D.大小為E/4,方向沿OA連線斜向上14.如圖所示,開(kāi)口向上的半球殼上均勻分布有正電荷,A、B為球殼對(duì)稱軸上的兩點(diǎn),且這兩點(diǎn)關(guān)于開(kāi)口處的直徑對(duì)稱,已知均勻帶電球殼內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,則下列說(shuō)法正確的是()A.A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,方向相同B.A、B連線上的中間位置的電場(chǎng)強(qiáng)度為零C.A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)可能相等D.把一正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)沿直線移到B點(diǎn),電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功15.如圖所示,電荷均勻分布在半球面上,它在這半球的中心O處電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于E0,兩個(gè)平面通過(guò)同一條直徑,夾角為α,從半球中分出一部分球面,則所分出的這部分球面上(在“小瓣”上)的電荷在O處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A.E=E0sinα B.E=E0cosα C.E=E0cos16.(2023·廣東茂名·模擬預(yù)測(cè))如圖1所示,半徑為R均勻帶電圓形平板,單位面積帶電量為σ,其軸線上任意一點(diǎn)P(坐標(biāo)為x)的電場(chǎng)強(qiáng)度可以由庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理求出:2πkσ1?xR2+x212A.2πkσrrC.2πkσ1?xr17.(2023·全國(guó)·高三專題練習(xí))如圖所示,將表面均勻帶正電的半球殼,沿線軸分成厚度相等的兩部分,然后將這兩部分移開(kāi)到很遠(yuǎn)的距離,設(shè)分開(kāi)后球表面仍均勻帶電,左半部分在A1點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E1,右半部分在A2點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小為E2,則有

(

)A.E1=E2 B.E1<E2 C.E1>E2 D.大小無(wú)法確定18.(2023·全國(guó)·高三專題練習(xí))(多選)如圖,水平面上有一水平均勻帶電圓環(huán),帶電量為+Q,其圓心為O點(diǎn)。有一帶電量q,質(zhì)量為m的小球,在電場(chǎng)力和重力作用下恰能靜止在O點(diǎn)正下方的P點(diǎn)。OP間距為L(zhǎng),P與圓環(huán)邊緣上任一點(diǎn)的連線與PO間的夾角為θ。靜電力常量為k,則帶電圓環(huán)在P點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為()A.kQL2 B.kQcos319.經(jīng)過(guò)探究,某同學(xué)發(fā)現(xiàn):點(diǎn)電荷和無(wú)限大的接地金屬平板間的電場(chǎng)(如圖甲所示),與等量異種點(diǎn)電荷之間的電場(chǎng)分布(如圖乙所示)完全相同,圖丙中固定于O點(diǎn)的正點(diǎn)電荷q到金屬板MN的距離OA為L(zhǎng),AB是以點(diǎn)電荷q為圓心、L為半徑的圓上的一條直徑,靜電力常量為k,則B點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小是()A.8kq9L2 B.kqL2 20.如圖所示,xOy平面是無(wú)窮大導(dǎo)體的表面,該導(dǎo)體充滿z<0的空間,z>0的空間為真空。將電荷量為q的點(diǎn)電荷置于z軸上z=h處,則在xOy平面上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷??臻g任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)皆是由點(diǎn)電荷q和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷共同激發(fā)的。已知靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,則在z軸上z=eq\f(h,2)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為(k為靜電力常量)()A.keq\f(4q,h2) B.keq\f(4q,9h2)C.keq\f(32q,9h2) D.keq\f(40q,9h2)21.如圖所示,一固定的均勻帶電圓環(huán),圓心為O,帶電量為Q。MN為垂直于圓環(huán)的軸線,M、N兩點(diǎn)距圓心均為r。在圓心正下方2r的位置固定一電量為+q的小帶電體。在M點(diǎn)放置不同電量的試探電荷,試探電荷均可保持靜止。不計(jì)試探電荷的重力,靜電力常量為k。則N點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A.0 B.2kqr2 C.k22.(2023·全國(guó)·高三專題練習(xí))(多選)如圖所示,半徑為2r的均勻帶電球體電荷量為Q,過(guò)球心O的x軸上有一點(diǎn)P,已知P到O點(diǎn)的距離為3r,現(xiàn)若挖去圖中半徑均為r的兩個(gè)小球,且剩余部分的電荷分布不變,靜電力常量為k,則下列分析中正確的是()A.挖去兩小球前,兩個(gè)小球在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度相同B.挖去兩小球前,整個(gè)大球在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為kC.挖去兩小球后,P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向與挖去前相同D.挖去兩小球后,剩余部分在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為400?2723.如圖甲、乙所示,兩個(gè)帶電荷量均為q的點(diǎn)電荷分別位于帶電荷量線密度相同、半徑相同的半圓環(huán)和34圓環(huán)的圓心,環(huán)的粗細(xì)可忽略不計(jì)。若圖甲中環(huán)對(duì)圓心點(diǎn)電荷的庫(kù)侖力大小為FA.32F B.12F C.24.經(jīng)過(guò)理論推理可知,兩個(gè)大小不能忽略的帶電均勻的半球面,相互作用力產(chǎn)生的壓強(qiáng)為P=Eσ,其中E為場(chǎng)強(qiáng),σ為單位面積上的電荷量,已知半徑分別為R和r的帶電均勻的半球,其帶電量分別為Q和q,兩半球的球心及最大橫截面重合,兩個(gè)半球之間的作用力大小為

)A.kQqR2 B.kQqr2專題50場(chǎng)強(qiáng)的疊加特殊帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法考點(diǎn)一場(chǎng)強(qiáng)的疊加(1-6T)考點(diǎn)二特殊帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法(7-24)考點(diǎn)一場(chǎng)強(qiáng)的疊加電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為所有分電場(chǎng)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和1.如圖所示,在邊長(zhǎng)為a的正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上固定有電量大小都為Q的點(diǎn)電荷,其中兩個(gè)帶正電;一個(gè)帶負(fù)電,則正三角形中心處的電場(chǎng)強(qiáng)度E大小為(

)A.E=2kQa2 B.E=3kQa2【答案】D【解析】三處的點(diǎn)電荷各自形成的電場(chǎng)在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為E方向如圖所示根據(jù)矢量合成可得E=2.中華人民共和國(guó)國(guó)旗的設(shè)計(jì)圖中每一顆五角星都是邊長(zhǎng)相等的共面十邊形。如圖所示abcdefg?ij也是一個(gè)邊長(zhǎng)相等的共面十邊形,若在e點(diǎn)固定電荷量為Q的正電荷,i點(diǎn)固定電荷量為Q的負(fù)電荷。下列說(shuō)法正確的是(

)A.a(chǎn)、c兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同B.b、g兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C.b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比d點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小D.f點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比j點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小【答案】C【解析】A.在e點(diǎn)、i點(diǎn)固定等量異種電荷,根據(jù)等量異種電荷的電場(chǎng)分布圖可知a、c兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相同,方向不同,A錯(cuò)誤;B.b、g兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同,大小不同,B錯(cuò)誤;C.結(jié)合等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)線分布特點(diǎn),利用點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式E結(jié)合場(chǎng)強(qiáng)疊加原理,可判斷b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比d點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小,f點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與j點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相等,C正確,D錯(cuò)誤。故選C。3.如圖所示,在水平向右、大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,在O點(diǎn)固定一電荷量為Q的正電荷,A、B、C、D為以O(shè)為圓心、半徑為r的同一圓周上的四點(diǎn),B、D連線與電場(chǎng)線平行,A、C連線與電場(chǎng)線垂直。則()A.A、C兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相同B.B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E﹣kQC.D點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小不可能為0D.A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E【答案】D【解析】A.正點(diǎn)電荷Q在A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向向上,正點(diǎn)電荷Q在C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向向下,根據(jù)矢量的合成法則,結(jié)合點(diǎn)電荷電場(chǎng)與勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向,可知,A、C兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,而方向不同,故A錯(cuò)誤;B.正點(diǎn)電荷Q在B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E而勻強(qiáng)電場(chǎng)在B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,點(diǎn)電荷Q在B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與勻強(qiáng)電場(chǎng)方向相同,因此B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為EBC.點(diǎn)電荷Q在D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與勻強(qiáng)電場(chǎng)方向相反,當(dāng)大小與勻強(qiáng)電場(chǎng)的相等時(shí),則D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小可以為零,故C錯(cuò)誤;D.正點(diǎn)電荷Q在A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與勻強(qiáng)電場(chǎng)方向垂直,正點(diǎn)電荷Q在A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小E而勻強(qiáng)電場(chǎng)在A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,根據(jù)矢量的合成法則,則有A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E故選D。4.(2023·全國(guó)·高三專題練習(xí))在水平面上固定了三個(gè)點(diǎn)電荷,分別放在等腰梯形的三個(gè)頂點(diǎn)上,AB=AD=DC=12BC=L,電量關(guān)系及電性如圖所示,靜電力常數(shù)為kA.0 B.kQL2 C.3kQ【答案】C【解析】連接AE,如下圖所示根據(jù)幾何知識(shí)可知AE則A點(diǎn)的點(diǎn)電荷在E點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為E則B點(diǎn)的點(diǎn)電荷在E點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為EB則C點(diǎn)的點(diǎn)電荷在E點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為EC故B、C兩處點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度之和為EBC根據(jù)平行四邊形定則,則有E點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E=35.如圖所示,M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn),O點(diǎn)為半圓弧的圓心,∠MOP=60°。電荷量相等、符號(hào)相反的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別置于M、N兩點(diǎn),這時(shí)O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E1;若將N點(diǎn)處的點(diǎn)電荷移至P點(diǎn),則O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小變?yōu)镋2,E2與E1之比為()A.1∶2 B.2∶1 C.3:2 D.【答案】A【解析】根據(jù)電場(chǎng)的疊加原理,兩個(gè)帶電量相等的異種點(diǎn)電荷分別置于M、N兩點(diǎn)時(shí),兩電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)方向同向,并且大小都為E所以O(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小E當(dāng)置于N點(diǎn)處的點(diǎn)電荷移至P點(diǎn)時(shí),兩電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)方向夾角為120°,所以O(shè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小變?yōu)镋故E2與E1之比為1:2。故選A。6.(2022·湖北武漢·模擬預(yù)測(cè))(多選)如圖所示,正方形ABCD的邊長(zhǎng)為L(zhǎng),在它的四個(gè)頂點(diǎn)各放置一個(gè)電荷量均為Q、電性未知的點(diǎn)電荷,已知靜電力常量為k,則正方形中心O點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小可能是()A.2kQL2 B.22kQL2【答案】CD【解析】分以下三種情況討論:(1)當(dāng)A、D處放置電荷電性相同,且B、C處放置電荷電性也相同時(shí),根據(jù)對(duì)稱性可知O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零。(2)當(dāng)其中一點(diǎn)與其他三點(diǎn)所放置的點(diǎn)電荷電性相反時(shí),則位于其中一條對(duì)角線兩端的兩電性相同的電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)為零,位于另一條對(duì)角線兩端的兩電性相反的的電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng),即此時(shí)O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng),為E(3)當(dāng)A、D處放置電荷電性相反,且B、C處放置電荷電性也相反時(shí),則A、D和B、C在O點(diǎn)產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)大小均為E根據(jù)幾何關(guān)系A(chǔ)、D和B、C在O點(diǎn)產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)方向垂直,所以此時(shí)O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E綜上所述可知AB不符合題意,CD符合題意。故選CD??键c(diǎn)二特殊帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法方法一:補(bǔ)償法當(dāng)所給帶電體不是一個(gè)完整的規(guī)則物體時(shí)(例如有缺口的帶電圓環(huán)、半球面等),通過(guò)補(bǔ)償使其成為規(guī)則形狀,求出規(guī)則物體的場(chǎng)強(qiáng),再減去補(bǔ)償部分產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng),從而得到不規(guī)則物體的場(chǎng)強(qiáng)。應(yīng)用此法的關(guān)鍵是補(bǔ)償后的帶電體應(yīng)當(dāng)是我們熟悉的某一物理模型。方法二:對(duì)稱法形狀規(guī)則電荷均勻分布的帶電體形成的電場(chǎng)具有對(duì)稱性,位置對(duì)稱的兩點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等。如果能夠求出其中一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度,根據(jù)對(duì)稱性特點(diǎn),對(duì)稱處的電場(chǎng)強(qiáng)度即可求出。方法三:微元法將帶電體分成許多電荷元,每個(gè)電荷元可看成點(diǎn)電荷,先求出每個(gè)電荷元的場(chǎng)強(qiáng),再結(jié)合對(duì)稱性和場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求出合場(chǎng)強(qiáng)。求解均勻帶電圓環(huán)、帶電平面、帶電直桿等在某點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)問(wèn)題,可應(yīng)用微元法。方法四:等效法在保證效果相同的條件下,將復(fù)雜的電場(chǎng)情景變換為簡(jiǎn)單的或熟悉的電場(chǎng)情景,利用等效思維方法處理問(wèn)題時(shí),關(guān)鍵是確定好等效電荷及其位置。例如:一個(gè)點(diǎn)電荷+q與一個(gè)無(wú)限大薄金屬板形成的電場(chǎng),等效為兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng),如圖甲、乙所示.7.如圖所示,電荷量為q的點(diǎn)電荷與均勻帶電薄板相距2d,點(diǎn)電荷到帶電薄板的垂線通過(guò)板的幾何中心。若圖中A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0,則帶電薄板產(chǎn)生的電場(chǎng)在圖中B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度正確的是()A.大小為kq4d2,方向向右C.大小為kq4d2,方向向左【答案】B【解析】圖中A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0,則帶電薄板在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與點(diǎn)電荷q在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等大反向,則帶電薄板在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小E方向向右,由對(duì)稱性可知,帶電薄板產(chǎn)生的電場(chǎng)在圖中B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E方向向左。故選B。8.(2022·全國(guó)·高三專題練習(xí))如圖所示,半徑為R的金屬圓環(huán)固定在豎直平面,金屬環(huán)均勻帶電,帶電量為Q,一長(zhǎng)為L(zhǎng)=2R的絕緣細(xì)線一端固定在圓環(huán)最高點(diǎn),另一端連接一質(zhì)量為m、帶電量為q(未知)的金屬小球(可視為質(zhì)點(diǎn))。穩(wěn)定時(shí)帶電金屬小球在過(guò)圓心且垂直圓環(huán)平面的軸上的P點(diǎn)處于平衡狀態(tài),點(diǎn)P'(圖中未畫(huà)出)是點(diǎn)P關(guān)于圓心O對(duì)稱的點(diǎn)。已知靜電常量為k,重力加速度為g,若取無(wú)窮遠(yuǎn)為零勢(shì)面,下列說(shuō)法正確的是()A.O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定為零B.P'點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小為3C.金屬帶電小球的電量為q=D.剪斷細(xì)線瞬間,小球加速度水平向右【答案】C【解析】A.根據(jù)對(duì)稱性可知,帶電量Q的圓環(huán),在圓心O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為0,帶電金屬小球在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不為0,所以O(shè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不為零,故A錯(cuò)誤;B.設(shè)細(xì)線與半徑的夾角為θ,由幾何關(guān)系cosθ=由微元法,無(wú)限劃分,設(shè)每一極小段圓環(huán)帶電量為Δq,則∑k其中∑Δq=Q解得E根據(jù)對(duì)稱性可知,帶電量為Q的圓環(huán),在P、P′兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等,方向相反,即帶電量為Q的圓環(huán)在P′點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為3kQ8R故B錯(cuò)誤;C.對(duì)小球受力分析如圖,則q解得q=8D.剪斷細(xì)線瞬間,小球受合外力沿細(xì)線方向斜向右下,則加速度方向斜向右下方,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9.(2022·山東·高考真題)半徑為R的絕緣細(xì)圓環(huán)固定在圖示位置,圓心位于O點(diǎn),環(huán)上均勻分布著電量為Q的正電荷。點(diǎn)A、B、C將圓環(huán)三等分,取走A、B處兩段弧長(zhǎng)均為ΔL的小圓弧上的電荷。將一點(diǎn)電荷q置于OC延長(zhǎng)線上距O點(diǎn)為2R的D點(diǎn),O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度剛好為零。圓環(huán)上剩余電荷分布不變,qA.正電荷,q=QΔLC.負(fù)電荷,q=2QΔL【答案】C【解析】取走A、B處兩段弧長(zhǎng)均為ΔL的小圓弧上的電荷,根據(jù)對(duì)稱性可知,圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為與A在同一直徑上的A1和與B在同一直徑上的B1產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和,如圖所示,因?yàn)閮啥位¢L(zhǎng)非常小,故可看成點(diǎn)電荷,則有由圖可知,兩場(chǎng)強(qiáng)的夾角為120°,則兩者的合場(chǎng)強(qiáng)為根據(jù)O點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為0,則放在D點(diǎn)的點(diǎn)電荷帶負(fù)電,大小為E根據(jù)E聯(lián)立解得q=210.(2022·全國(guó)·高三專題練習(xí))均勻帶電球體在球的外部產(chǎn)生的電場(chǎng)與一個(gè)位于球心的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相同。如圖所示,半徑為R的球體上均勻分布著正電荷,在過(guò)球心O的直線上有A、B、C三個(gè)點(diǎn),OB=BA=R,CO=2R。若以O(shè)B為直徑在球內(nèi)挖一球形空腔,球的體積公式為V=43πr3A.9:25 B.25:9C.175:207 D.207:175【答案】C【解析】設(shè)原來(lái)半徑為R的整個(gè)均勻帶電球體的電荷量為Q,由于均勻帶電,可知被挖的球形空腔部分的電荷量為Q可知以O(shè)B為直徑在球內(nèi)挖一球形空腔后,A、C兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于整個(gè)均勻帶電球體在A、C兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度減去被挖的球形在A、C兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,則有EA=可得EAEC=17511.(2022·重慶·模擬預(yù)測(cè))如圖所示,用粗細(xì)均勻的絕緣線制成直徑為L(zhǎng)的圓環(huán),OE為圓環(huán)的半徑,圓環(huán)上均勻地分布著正電荷,現(xiàn)在圓環(huán)上E處取下足夠短的帶電量為q的一小段,將其沿OE連線向下移動(dòng)L的距離到F點(diǎn)處,設(shè)圓環(huán)的其他部分的帶電量與電荷分布保持不變,已知靜電力常量為k,若此時(shí)在O點(diǎn)放一個(gè)帶電量為Q的帶正電的試探電荷,則該試探電荷受到的電場(chǎng)力大小為()A.kQq3L2 B.4kQq9L2【答案】C【解析】線框上的電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等效為q電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E方向豎直向下,在F點(diǎn)電荷量為q的電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為E方向豎直向上,此時(shí)O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E方向豎直向下,則帶電量為Q的帶正電的試探電荷,則該試探電荷受到的電場(chǎng)力大小F故C正確,ABD錯(cuò)誤。故選C。12.如圖所示,A、B、C、D、E是半徑為r的圓周上等間距的五個(gè)點(diǎn),在這些點(diǎn)上各固定一個(gè)點(diǎn)電荷,除A點(diǎn)處點(diǎn)電荷的電荷量為-q外,其余各點(diǎn)處點(diǎn)電荷的電荷量均為+q,則圓心O處()A.場(chǎng)強(qiáng)大小為3kqr2,方向沿B.場(chǎng)強(qiáng)大小為3kqr2,方向沿C.場(chǎng)強(qiáng)大小為2kqr2,方向沿D.場(chǎng)強(qiáng)大小為2kqr2,方向沿【答案】C【解析】根據(jù)對(duì)稱性,先假定在A點(diǎn)放上電荷量為+q的點(diǎn)電荷,O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零,即B、C、D、E四個(gè)點(diǎn)處的點(diǎn)電荷在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向沿OA方向,大小為kqr2,再與A處的-q在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)疊加,則O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為EO=13.在一半徑為R的圓周上均勻分布有N個(gè)絕緣帶電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))無(wú)間隙排列,其中A點(diǎn)的小球帶電荷量為+4q,其余小球帶電荷量為+q,此時(shí)圓心O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,現(xiàn)僅撤去A點(diǎn)的小球,則O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為A.大小為E,方向沿AO連線斜向下B.大小為E/2,方向沿AO連線斜向下C.大小為E/3,方向沿OA連線斜向上D.大小為E/4,方向沿OA連線斜向上【答案】C【解析】假設(shè)圓周上均勻分布的都是電荷量為+q的小球,由于圓周的對(duì)稱性,根據(jù)電場(chǎng)的疊加原理知,圓心O處場(chǎng)強(qiáng)為0,所以圓心O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小等效于A點(diǎn)處電荷量為+3q的小球在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng),則有E=k3qr2,方向沿AO連線向下;A處+q在圓心O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為14.如圖所示,開(kāi)口向上的半球殼上均勻分布有正電荷,A、B為球殼對(duì)稱軸上的兩點(diǎn),且這兩點(diǎn)關(guān)于開(kāi)口處的直徑對(duì)稱,已知均勻帶電球殼內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,則下列說(shuō)法正確的是()A.A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等,方向相同B.A、B連線上的中間位置的電場(chǎng)強(qiáng)度為零C.A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)可能相等D.把一正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)沿直線移到B點(diǎn),電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功【答案】A【解析】AB.補(bǔ)成一個(gè)完整的球殼,則球內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)為零。A、B連線上的中間位置的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,所以只有下半球殼時(shí),A、B連線上的中間位置的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零;上半球殼在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與下半球殼在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向,上半球殼在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向向下,所以下半球殼在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向向上;上半球殼在B點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與下半球殼在B點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向,下半球殼在B點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向向上。A、B為球殼對(duì)稱軸上的兩點(diǎn),且這兩點(diǎn)關(guān)于開(kāi)口處的直徑對(duì)稱,所以下半球殼在B點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與上半球殼在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等。故A正確,B錯(cuò)誤;CD.由電場(chǎng)疊加原理,根據(jù)對(duì)稱性可知,從A到B電場(chǎng)的方向向上,電勢(shì)逐漸降低,所以A點(diǎn)電勢(shì)比B點(diǎn)電勢(shì)高;把一正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)沿直線移到B點(diǎn),電場(chǎng)力對(duì)正電荷一直做正功,故CD錯(cuò)誤;故選A。15.如圖所示,電荷均勻分布在半球面上,它在這半球的中心O處電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于E0,兩個(gè)平面通過(guò)同一條直徑,夾角為α,從半球中分出一部分球面,則所分出的這部分球面上(在“小瓣”上)的電荷在O處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A.E=E0sinα B.E=E0cosα C.E=E0cos【答案】D【解析】根據(jù)對(duì)稱性,待求的電場(chǎng)強(qiáng)度E一定沿著α角的角分線向右下方,同理大瓣球面在O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度一定沿著大瓣的角分線向左下方,由于是半個(gè)球面,所以這兩個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度一定垂直,合場(chǎng)強(qiáng)等于E0,根據(jù)平行四邊形法則作圖E=E0sin16.(2023·廣東茂名·模擬預(yù)測(cè))如圖1所示,半徑為R均勻帶電圓形平板,單位面積帶電量為σ,其軸線上任意一點(diǎn)P(坐標(biāo)為x)的電場(chǎng)強(qiáng)度可以由庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理求出:2πkσ1?xR2+x212A.2πkσrrC.2πkσ1?xr【答案】B【解析】將挖去的圓板補(bǔ)上,復(fù)原無(wú)限大均勻帶電平板,設(shè)無(wú)限大均勻帶電平板在Q點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E,補(bǔ)回來(lái)的半徑為r的圓板在Q點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E1,待求的場(chǎng)強(qiáng)為E2,由電場(chǎng)疊加原理得E=E由2πkσ1?x解得E2=217.(2023·全國(guó)·高三專題練習(xí))如圖所示,將表面均勻帶正電的半球殼,沿線軸分成厚度相等的兩部分,然后將這兩部分移開(kāi)到很遠(yuǎn)的距離,設(shè)分開(kāi)后球表面仍均勻帶電,左半部分在A1點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E1,右半部分在A2點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小為E2,則有

(

)A.E1=E2 B.E1<E2 C.E1>E2 D.大小無(wú)法確定【答案】C【解析】如圖甲所示分開(kāi)后左部分球冠所帶電荷在點(diǎn)A1產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)以E1表示,右部分球?qū)用骐姾稍贏2產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)以E2表示,由對(duì)稱性可知E1的方向向右,E2的方向向左。如圖乙所示設(shè)想在另一表面均勻分布正電荷的完全相同的半球,附在球?qū)由蠘?gòu)成球缺,球缺在A2點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E3大于E2,球缺和球冠構(gòu)成一個(gè)完整球,由于均勻帶電球殼內(nèi)部任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零,那么,E1與E3必然大小相等,方向相反,所以球冠面電荷在點(diǎn)A1產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E1大于球?qū)用骐姾稍贏2產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E2,故C正確,ABD錯(cuò)誤。故選C。18.(2023·全國(guó)·高三專題練習(xí))(多選)如圖,水平面上有一水平均勻帶電圓環(huán),帶電量為+Q,其圓心為O點(diǎn)。有一帶電量q,質(zhì)量為m的小球,在電場(chǎng)力和重力作用下恰能靜止在O點(diǎn)正下方的P點(diǎn)。OP間距為L(zhǎng),P與圓環(huán)邊緣上任一點(diǎn)的連線與PO間的夾角為θ。靜電力常量為k,則帶電圓環(huán)在P點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為()A.kQL2 B.kQcos3【答案】BD【解析】AB.如圖所示選取圓環(huán)上某一小微元,所帶電荷量為ΔQ,該微元在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為由于整個(gè)圓環(huán)上所有帶電微元在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)在水平方向的合成為零,故帶電圓環(huán)在P點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E合=∑CD.小球恰能靜止在P點(diǎn),根據(jù)受力平衡可得q解得帶電圓環(huán)在P點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E合19.經(jīng)過(guò)探究,某同學(xué)發(fā)現(xiàn):點(diǎn)電荷和無(wú)限大的接地金屬平板間的電場(chǎng)(如圖甲所示),與等量異種點(diǎn)電荷之間的電場(chǎng)分布(如圖乙所示)完全相同,圖丙中固定于O點(diǎn)的正點(diǎn)電荷q到金屬板MN的距離OA為L(zhǎng),AB是以點(diǎn)電荷q為圓心、L為半徑的圓上的一條直徑,靜電力常量為k,則B點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小是()A.8kq9L2 B.kqL2 【答案】A【解析】根據(jù)B點(diǎn)的電場(chǎng)線方向可以得B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向是垂直于金屬板向右,兩個(gè)異號(hào)點(diǎn)電荷電荷量的大小均為q,它們之間的距離為2L,乙圖上+q右側(cè)B處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E故A正確,BCD錯(cuò)誤。20.如圖所示,xOy平面是無(wú)窮大導(dǎo)體的表面,該導(dǎo)體充滿z<0的空間,z>0的空間為真空。將電荷量為q的點(diǎn)電荷置于z軸上z=h處,則在xOy平面上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷??臻g任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)皆是由點(diǎn)電荷q和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷共同激發(fā)的。已知靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,則在z軸上z=eq\f(h,2)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為(k為靜電力常量)()A.keq\f(4q,h2) B.keq\f(4q,9h2)C.keq\f(32q,9h2) D.keq\f(40q,9h2)【答案】D【解析】導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷等效于在z=-h(huán)處的帶等量的異種電荷-q,故在z軸上z=eq\f(h,2)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E=keq\f(q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(h,2)))2)+keq\f(q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(h,2)+h))2)=keq\f(40q,9h2),選項(xiàng)D正確。21.如圖所示,一固定的均勻帶電圓環(huán),圓心為O,帶電量為Q。MN為垂直于圓環(huán)的軸線,M、N兩點(diǎn)距圓心均為r。在圓心正下方2r的位置固定一電量為+q的小帶電體。在M點(diǎn)放置不同電量的試探電荷,試探電荷均可保持靜止。不計(jì)試探電荷的重力,靜電力常量為k。則N點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A.0 B.2kqr2 C.k【答案】D【解析】在M點(diǎn)放置不同電量的試探電荷,試探電荷均可保持靜止,即M點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零。電量為+q的小帶電體在M處產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度為EM根據(jù)

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