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文檔簡介
模型16、電場模型
【模型概述】
一、電場強度的計算
1、場強的公式
'適用于任何電場
E=7[與檢驗電荷是否存在無關(guān)
_初適用于點電荷產(chǎn)生的電場
三個公式VE引。為場源電荷的電荷量
(適用于勻強電場
E=qU為兩點間的電勢差,d為沿電場方向兩
a
、I點間的距離
2、電場的疊加
(1)電場疊加:多個電荷在空間某處產(chǎn)生的電場強度為各電荷單獨在該處所產(chǎn)生的電場強度的矢量和。
(2)運算法則:平行四邊形法則
(3)利用補償法和對稱法求電場強度
a.補償法:題給條件建立的模型不是一個完整的標準模型,比如說模型A,這時需要給原來的問題補充一些條
件,由這些補充條件建立另一個容易求解的模型B,并且模型A與模型B恰好組成一個完整的標準模型,這
樣求解模型A的問題就變?yōu)榍蠼庖粋€完整的標準模型與模型B的差值問題.
b.對稱法:利用帶電體(如球體、薄板等)產(chǎn)生的電場具有對稱性的特點來求電場強度的
二、兩個等電點電荷電場的分布
等量同種點電荷和等量異種點電荷的電場線的比較
比較項目等量異種點電荷等量同種點電荷
電場線分布圖
11
連線中點。處的場強連線上0點場強最小,指向負電荷為零
一方
連線上的場強大小沿連線先變小,再變大沿連線先變小,再變大
(從左到右)
沿中垂線由0點向外場強大小0點最大,向外逐漸減小0點最小,向外先變大后
變小
關(guān)于0點對稱的A與A'、B與3'等大同向等大反向
的場強
三、電勢高低及電勢能大小的判斷方法
1.比較電勢高低的方法
(1)沿電場線方向,電勢越來越低.
⑵判斷出UAB的正負,再由%,比較夕A、0B的大小,若UAB〉O,則夕A>如,若。4?〈0,則
0A〈知?
2.電勢能大小的比較方法
做功判斷法
電場力做正功,電荷(無論是正電荷還是負電荷)從電勢能較大的地方移向電勢能較小的地方,反之,如果
電荷克服電場力做功,那么電荷將從電勢能較小的地方移向電勢能較大的地方.
四、電場線、等勢面及帶電粒子的運動軌跡問題
等量同種正點電荷的電場連線上,中點電勢最低,而在
中垂線上,中點電勢最高
tilIt*
2、帶電粒子在電場中運動軌跡問題的分析方法
(1)從軌跡的彎曲方向判斷受力方向(軌跡向合外力方向彎曲),從而分析電場方向或電荷的正負;
(2)結(jié)合軌跡、速度方向與靜電力的方向,確定靜電力做功的正負,從而確定電勢能、電勢和電勢差的變化
等;
(3)根據(jù)動能定理或能量守恒定律判斷動能的變化情況.
3、帶電粒子運動軌跡類問題的解題技巧
(1)判斷速度方向:帶電粒子的軌跡的切線方向為該點處的速度方向.
(2)判斷電場力(或場強)的方向:僅受電場力作用時,帶電粒子所受電場力方向指向軌跡曲線的凹側(cè),再根
據(jù)粒子的正負判斷場強的方向.
(3)判斷電場力做功的正負及電勢能的增減:若電場力與速度方向成銳角,則電場力做正功,電勢能減少;若
電場力與速度方向成鈍角,則電場力做負功,電勢能增加.
五、勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系
1.在勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系式為U=Ed,其中d為兩點沿電場線方向的距離.由公式U=Ed可
以得到下面兩個結(jié)論:
結(jié)論1:勻強電場中的任一線段AB的中點C的電勢0。=以產(chǎn),如圖甲所示
B/
D
結(jié)論2:勻強電場中若兩線段AB//CD,且AB=CD,則UAB=UCD(或%-%=%■-%>),如圖乙所示.
2.在非勻強電場中,不能用U=Ed進行計算,但可以進行定性分析,一般沿電場線方向取相同的長度d,線段
處于場強較大的區(qū)域所對應(yīng)的電勢差U較大.
六、用功能關(guān)系分析帶電粒子的能量轉(zhuǎn)化
1.功能關(guān)系
(1)若只有電場力做功,電勢能與動能之和保持不變;
(2)若只有電場力和重力做功,電勢能、重力勢能、動能之和保持不變;
(3)除重力外,其他各力對物體做的功等于物體機械能的變化.
(4)所有力對物體所做功的代數(shù)和,等于物體動能的變化.
2.電場力做功的計算方法
(1)由公式W="cosa計算,此公式只適用于勻強電場,可變形為:W=qELcosa
(2)由W=qU來計算,此公式適用于任何形式的靜電場.
⑶由動能定理來計算:叫場力+吸他力=阻
(4)由電勢能的變化來計算:
/IQ=EPp/A1-EPB
3.點撥
1.電荷在電場中運動時,電場力做功將引起電勢能與其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化,電荷的機械能不再守恒.
2.要搞清幾個功能關(guān)系:重力做功等于重力勢能的變化,電場力做功等于電勢能的變化,彈簧彈力做功等于
彈性勢能的變化,合外力做功等于動能的變化.
3.無論能量如何變化,總是滿足能量守恒定律.
【模型訓練】
【例1】如圖,A、8兩點固定等量同種點電荷。尸點的電場強度方向所在直線延長線與直線A8交于C點
AT
什PA3則會為(
(未標出)Azi-9
PB2nC
4
AB.
-19
【答案】C
【詳解】設(shè)A、5兩點固定等量同種點電荷為正點電荷,。點的電場強度如圖所示
zCB
則有
口一Q?2
七人八次'EB=kW
由圖可得
sin.=EBL尸T_9
2
sin。EAPB4
由正弦定理可得
ACPCBCPC
sinysinasin0sin0
可得
AC_sinysin(3_sinyPA_93_27
BCsin。sincrsin。PB428
故選Co
變式LI如圖所示,A、B、。是真空中邊長為L的等邊三角形的三個頂點,。為該等邊三角形的中心,在
A、3兩點分別固定一個帶電荷量均為鄉(xiāng)的正點電荷,靜電力常量為七,則0點的電場強度大小為()
C
/'\
/\
A-------------------二B
3kq3y/3kq小有kq
-T-B.------——C.-----L).
L2132£2£2
【答案】A
【詳解】設(shè)
AO=r
則有
2rcos30°=£
。點的電場強度大小
2kqcos6003kq
E=
,2L2
故選Ao
變式L2如圖所示,四個電荷量分別為+Q、-。、+4、一夕的點電荷位于半徑為。的圓周上,其中-。、-Q
的連線與+Q、+4的連線垂直,且Q=2%則圓心。點的場強大小為(靜電力常量為左)()
/L\
\\/
A.0B.4C.金D.華
aaa
【答案】C
【詳解】+4、對。點的場強大小均為
后=鳥
a
合成后大小為
%=加.
方向與水平方向成45。斜向右上。同理+。、-。對。點的場強大小均為
合成后大小為
方向與水平方向成45。斜向左下。由此可知E得和E合2共線反向,合成后為
皖=后
又
Q=2q
聯(lián)立,解得
紇
故選C。
【例2】均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場。如圖所示,在半球面
川上均勻分布正電荷,總電荷量為q,球面半徑為R,s為通過半球頂點與球心。的軸線,在軸線上有“、
N兩點,OM=ON=2R。已知加點的場強大小為2E,則N點的場強大小為()
CMND
【答案】A
【詳解】設(shè)半球面48有一相對于球心。對稱的相同半球面,相當于將帶電量為%的球面放在。處,由題
意可知均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場。則等效球面在M、N
點所產(chǎn)生的電場大小均為
k-2q_kq
(2扮-2R-
由題知半球面在/點的場強大小為2E,根據(jù)對稱性可知,圖中半球面在N點的場強大小為
EN=El-2E=^-2E
故選Ao
變式2.1均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場.如圖所示,在半球
面上均勻分布正電荷,其電荷量為g,球面半徑為R,為通過半球頂點與球心。的軸線,在軸線上
有〃、N兩點,OM=ON=2R.已知M點的場強大小為E,則N點的場強大小為()
CMND
【答案】A
【詳解】假設(shè)在。點有一個完整的帶電荷量為切的帶電球殼,設(shè)完整球殼在N點產(chǎn)生的場強大小為E。,
左半球殼在N點產(chǎn)生的電場強度大小為E左,右半球殼在N點產(chǎn)生的電場強度大小為E右,根據(jù)電場疊加原
理
E左+石右=E。
根據(jù)題意
_k?2q
°—(2.)2
根據(jù)對稱性可知右半球殼在N點產(chǎn)生的電場強度大小和左球殼在M點產(chǎn)生場強大小相等即
解得
口_kq
E+-=—、—E
左2R2
A正確,BCD錯誤。
故選Ao
變式2.2半徑為R的絕緣細圓環(huán)固定在圖示位置,圓心位于。點,環(huán)上均勻分布著電量為。的正電荷。點
A、B、C將圓環(huán)三等分,取走A、8處兩段弧長均為△乙的小圓弧上的電荷。將一點電荷q置于OC延長線
上距C點為2R的。點,。點的電場強度剛好為零。圓環(huán)上剩余電荷分布不變,貝U4為()
A.正電荷,q=生竺B.正電荷,q=也絲
7iR2兀R
C.負電荷,q=絲好D.負電荷,
7lR2兀R
【答案】D
【詳解】取走A、8處兩段弧長均為AL的小圓弧上的電荷,根據(jù)對稱性可知,圓環(huán)在。點產(chǎn)生的電場強度
為與A在同一直徑上的Aj和與B在同一直徑上的Bi產(chǎn)生的電場強度的矢量和,,如圖所示
4A
n\E
Dclr
A%
因為兩段弧長非常小,故可看成點電荷,則有
QA£
E/k*=k*
1R?2n度
由圖可知,兩場強的夾角為120,則兩者的合場強為
QA£
E=El=k
2萬代
根據(jù)。點的合場強為。,則放在。點的點電荷帶負電,大小為
根據(jù)
E'=kq
(3R『
聯(lián)立解得
吸
ITIR
故選D。
【例3】如圖是等量異種點電荷、等量同種正點電荷、負點電荷、正點電荷電場的電場線,其中,等量同種、
等量異種點電荷電場中的A、B兩點關(guān)于兩電荷連線的中點O對稱,則A、B兩點電場強度相同的是()
【答案】A
【詳解】A.根據(jù)等量異種點電荷電場線的特點,由矢量疊加原理可知關(guān)于中點。點對稱的兩點場強相同,
故A正確;
B.根據(jù)等量同種點電荷電場線的特點,由矢量疊加原理可知關(guān)于中點。點對稱的兩點場強等大反向,故B
錯誤;
C.根據(jù)點電荷電場線的特點,A、8兩點場強大小相同,方向不同,故C錯誤;
D.根據(jù)點電荷電場線的特點,4、2兩點場強方向相同,大小不同,故D錯誤。
故選Ao
變式3.1兩個等量點電荷M、N固定在x軸上,其產(chǎn)生的電場在兩者連線之間的場強E隨x的變化關(guān)系如
圖所示,規(guī)定無軸正方向為場強的正方向。下列判斷正確的是()
A.M、N為異種電荷,兩者連線上尤2處電勢最低
B.M、N為異種電荷,兩者連線上從〃到N的電勢一直降低
C.M、N為同種電荷,兩者連線上X2處電勢最低
D.M、N為同種電荷,兩者連線上從M到N的電勢先降低后升高
【答案】B
【詳解】MN的中點無2處場強不為零,根據(jù)題意知M、N為等量電荷,故可知M、N為等量異種電荷,且M
為正電荷,可知無軸上電場沿MN方向,根據(jù)電勢沿電場方向逐漸降低,故B正確,ACD錯誤。
故選B。
變式3.2兩個帶等量正電的點電荷,固定在圖中A、B兩點,。是它們連線的中點,N、尸是中垂線上的兩
點,ON=OP。一帶負電的試探電荷,從尸點由靜止釋放,只在靜電力作用下運動,則試探電荷()
'?N
A.運動到。點時的速度最大
B.經(jīng)過關(guān)于。對稱的兩點時加速度相同
C.沿著P-OfN,試探電荷的加速度一定先減小后增加
D.若試探電荷的電量增大,試探電荷在P點所受電場力與其電量的比值增大
【答案】A
【詳解】A.兩個等量正點電荷周圍部分電場線分布情況如圖所示
從N點到。點過程,試探電荷q受到的電場力由N-O,電場力做正功,動能增大,速度增大;從。點到
P點過程中,試探電荷q受到的電場力由尸一。,電場力做負功,動能減小,速度減小,故q運動到。點時
的動能最大,速度最大,A正確;
B.根據(jù)兩個等量正點電荷周圍部分電場線分布情況,經(jīng)過關(guān)于。對稱的兩點電場強度大小相同方向相反,
受到的電場力大小相同,方向相反,加速度不相同,B錯誤;
C.尸-O過程,電場線疏密情況不能確定,可能一直變疏,場強一直變小,q受到的電場力一直減小,加
速度一直減小;也可能先變密再變疏,場強先變大后變小,q受到的電場力先增大后減小,加速度先增大后
減??;根據(jù)對稱性可知,。一N過程,加速度可能一直增大,也可能先增大后減小,C錯誤;
D.根據(jù)電場的性質(zhì),尸點場強僅由電場本身決定,探電荷在P點所受電場力與其電量的比值為該點的場強,
若試探電荷的電量增大,試探電荷在尸點所受電場力與其電量的比值不變,D錯誤。
故選A。
【例4】某電場的電場線分布如圖所示,虛線為某帶電粒子只在靜電力作用下的運動軌跡,。、b、c是軌跡
上的三個點,貝U()
A.粒子一定帶負電
B.粒子一定是從a點運動到b點
C.粒子在c點的加速度一定大于在b點的加速度
D.粒子在c點的速度一定大于在。點的速度
【答案】C
【詳解】A.做曲線運動的物體,合力指向運動軌跡的內(nèi)側(cè),由此可知,帶電粒子受到的靜電力的方向為沿
著電場線向左,所以粒子帶正電,A錯誤;
B.粒子可能是從。點沿軌跡運動到。點,也可能是從人點沿軌跡運動到。點,B錯誤;
C.由電場線的疏密程度可知,c點處電場線密集,場強較大,粒子在C點處受靜電力較大,加速度一定大
于在6點的加速度,C正確;
D.若粒子從c運動到。,靜電力與速度方向成銳角,所以粒子做加速運動,若粒子從。運動到c,靜電力
與速度方向成鈍角,所以粒子做減速運動,故粒子在c點的速度一定小于在。點的速度,D錯誤。
故選Co
變式4.1電子顯微鏡通過“靜電透鏡”實現(xiàn)對電子會聚或發(fā)散使微小物體成像。一種電子透鏡的電場分布如圖
所示(截取其中一部分),虛線為等勢面,相鄰兩等勢面間的電勢差相等,電子槍發(fā)射的電子僅在電場力
作用下的運動軌跡如圖中實線所示,a、b、c是軌跡上的三點,若c點處電勢為3V,電子從。點運動到b
點電勢能變化了5eV,則下列說法正確的是()
電學//
/a/;0I;
iiii\
A.。點電勢為7.5V
B.電子在6點的動能不可能為2.5eV
C.電子在6點加速度比在c點加速度大
D.電子在電場中運動的最小速度一定為零
【答案】B
【詳解】A.根據(jù)電子的受力和運動情況可知,電子從a點到c點電場力做負功,電勢能增大,根據(jù)電場力
做功與電勢差的關(guān)系可知,6點電勢比。點電勢低5V,則相鄰兩等勢面間的電勢差為2.5V,則。點電勢為
紜=7.5V+3V=10.5V
故A錯誤;
B.電子在從c兩點,由能量守恒定律有
-5.5eV+%=-3eV+Ekc
由于電子在c點動能不為零,因此在6點的動能一定大于2.5eV,故B正確;
C.c點處等差等勢面比。點處密集,則6點比c點電場強度小,因此加速度小,故C錯誤;
D.電子速度與等勢面切線平行時,在電場中運動的速度最小,此時的速度最小值不一定為零,故D錯誤。
故選Bo
變式4.2—帶負電的粒子以一定的初速度進入點電荷。產(chǎn)生的電場中,A、8是其運動軌跡上的兩點,C為
48的中點。其中A點的場強方向與AB連線成60。角;8點的場強方向與A8連線成30。角,如圖所示。若
粒子只受電場力的作用,下列說法正確的是()
A.點電荷。帶負電
B.兩點電勢差是AC兩點電勢差的2倍
C.該粒子在A點的動能小于在B點的動能
D.該粒子在A點的加速度大小等于在B點加速度大小的3倍
【答案】D
【詳解】A.反向延長蜃,&的方向,交點即為點電荷的位置,可知點電荷。帶正電,選項A錯誤;
B.由幾何關(guān)系可知點電荷到AC兩點距離相等,可知AC兩點電勢差為零,則4B兩點電勢差不是AC兩點
電勢差的2倍,選項B錯誤;
C.因A點電勢高于8點,則帶負電的粒子在A點的電勢能小于在8點的電勢能,則該粒子在A點的動能
大于在B點的動能,選項C錯誤;
D.因
根據(jù)
qE_kqQ《1
a=
m,2
可知該粒子在A點的加速度大小等于在B點加速度大小的3倍,選項D正確。
故選Do
【例5】如圖,在直角坐標系xOy中有〃、b、c三點,點坐標為(3cm,2cm)。現(xiàn)加上一平行于平面的
勻強電場,已知以=5V、%=14V、%=10V,則勻強電場的場強大小為()
ylem
1-
O123~x/cm
A.VlOV/cmB.2V3V/cmD.V15V/cm
C.屈1Vlem
【答案】C
【詳解】根據(jù)對稱性可得
(Po+(Pb=(Pa+(Pe
解得
%=1V
可得
(P0<<Pa<(Pc
Oc間必存在一點d(x,O)使得外=然=5V,根據(jù)幾何關(guān)系有
根據(jù)幾何關(guān)系可得以/與。。垂直,故電場線由b指向。,勻強電場的場強大小為
E=—^-=V13V/cm
bO
故選Co
變式5.1如圖所示,A、B、C三點都在勻強電場中,己知ACLBC,乙48c=60。,BC=20cm?把一個電荷
量4=1x10-5。的正電荷從A點移到B點,靜電力做的功為零;從B點移到C點,靜電力做的功為-1.73x10-3
J,則該勻強電場的場強大小和方向是()
A
A.865V/m,垂直AC向左
B.865V/m,垂直AC向右
C.500V/m,垂直AB斜向下
D.1000V/m,垂直AB斜向下
【答案】D
【詳解】AB.把電荷q從A點移到8點,靜電力做的功為零,說明A、8兩點在同一等勢面上,由于該電
場為勻強電場,等勢面應(yīng)為平面,故題圖中直線A3是一條等勢線,場強方向應(yīng)垂直于等勢線,故AB錯誤;
CD.8C點之間的電勢差為
UAB
3點電勢比C點電勢低173V,因電場線指向電勢降低的方向,所以場強方向垂直于A3斜向下,場強大小
E=---=lOOOV/m
,BCsm60
故D正確,C錯誤。
故選D。
變式5.2如圖甲所示,有一平行于紙面的勻強電場,以電場內(nèi)某一位置。為原點建立x軸,選取x軸上到
。點距離為7■的尸點,以。為圓心、廠為半徑作圓?,F(xiàn)從尸點起沿圓周逆時針測量圓上各點的電勢夕和轉(zhuǎn)過
的角度凡可以用此數(shù)據(jù)繪制圖線。同理,當半徑分別取2r、3r時,做同樣的測量,用數(shù)據(jù)在同一個
坐標系中繪制夕-。圖線。繪制圖線如圖乙中所示的三條曲線。三條曲線①、②、③均在時達到最大值,
最大值分別為4%,3%,2%。下列說法正確的是()
A.曲線①中電勢的最小值為-4%B.坐標原點。的電勢為必
C.電場強度的大小為華
D.電場方向斜向右上方且與x軸正方向的夾角為4
【答案】B
【詳解】CD.從圖象可知,電場強度的方向與9=4時半徑方向平行,方向斜向左下方且與x軸負方向的夾
角為%。且當半徑與。尤方向夾角為為時,半徑為廠、2八3r時電勢分別為2%、3%、4%,可知場強大
小為
E;。42%,O
Ar3r—rr
故CD錯誤;
B.坐標原點處的電勢為
%=2。()一瓦=%
故B正確;
A.曲線①中最高電勢與圓心電勢差為3%,圓心與最低電勢差也為3夕°,最低電勢為-2%,故A錯誤。
故選B。
【例6】如圖甲所示,兩平行正對的金屬板A、B間加有如圖乙所示的交變電壓,一重力可忽略不計的帶正
電粒子被固定在兩板的正中間尸處。若在歷(OVo<4)時刻由靜止釋放該粒子,關(guān)于該粒子的運動正確的
是()
P
甲
A.一開始向左運動,最后打到A板上
B.一開始向右運動,最后打到A板上
C.一開始向左運動,最后打到B板上
D.一開始向右運動,最后打到B板上
【答案】D
【詳解】粒子帶正電,在歷(0<歷<9T)時刻由靜止釋放該粒子,粒子在AT向右加速運動,在T'~勺37+幻
3
向右減速運動,(]7+/。)~7向左加速運動,此后重復運動,最終達到B板上。
故選D。
變式6.1如圖a所示,兩個平行金屬板P、Q豎直放置,兩板間加上如圖b所示的電壓。/=0時,Q板比P
板電勢高5V,此時在兩板的正中央M點放一個電子,速度為零,電子僅在靜電力作用下運動,運動過程中
始終未與極板相碰,下列時刻中電子速度和加速度的方向相同的是()
UN
\r
??
??
??
4'6'
,I
(a)(b)
A.3xlOlosB.5x10—%
C.6.5x1。—%D.7xlO^los
【答案】B
【詳解】依題意,結(jié)合圖b可知,在f=0時,由于Q板比P板電勢高5V,則電子在0-2x10-t這一段時
間內(nèi),所受電場力向右,電子向右做勻加速直線運動;在2xl()T°s~4xlOT°s這一時間內(nèi),電子所受電場力
向左,電子向右做減速運動,根據(jù)對稱性可知在f=4x10-%時,電子速度為0;在4xlC)T°s~6xlOT°s這一
段時間內(nèi),電子所受電場力向左,電子向左做加速運動;6><1()-%~8*1()-七內(nèi),電子所受電場力向右,電
子向左做減速運動,所以結(jié)合選項答案,可知在t=5xl0T°s時,電子速度和加速度的方向是相同的。
故選B。
變式6.2如圖甲所示,距離足夠大的兩平行金屬板中央有一個靜止的電子(不計電子所受重力),在A、B
兩板間加上如圖乙所示的交變電壓。若取電子的初始運動方向為正,則下列圖像中,能正確反映電子的位
移X、速度V、加速度a和動能線隨時間(一個周期內(nèi))變化規(guī)律的是()
【答案】C
【詳解】AB.電子一個周期內(nèi)的運動情況為:0~1時間內(nèi),電子從靜止開始向A板做勻加速直線運動,5~《
442
時間內(nèi),原方向做勻減速直線運動,與時刻速度為零。多時間內(nèi),向B板做勻加速直線運動,
2244
時間內(nèi),繼續(xù)向B板做勻減速直線運動,根據(jù)勻變速運動速度圖象是傾斜的直線;電子做勻變速直線運動
時XT圖象是拋物線,故AB錯誤;
C.由于。=組可知勻變速運動的加速度大小不變,方向發(fā)生變化,故。一圖象應(yīng)平行于橫軸,故C正確;
ma
D.勻變速運動速度圖象是傾斜的直線,根據(jù)凡=;m丫2,可知々與V成二次函數(shù)關(guān)系,結(jié)合上述分析,V與
/在每一階段均為一次函數(shù)關(guān)系,由此可知瑪T圖象是曲線,故D錯誤。
故選C。
【例7】如圖所示,空間中存在與紙面平行的勻強電場,在紙面內(nèi)從正方形的頂點A沿任意方向發(fā)射速率相
同的帶正電粒子,不計粒子重力和粒子間的相互作用,已知經(jīng)過B點的粒子在B點時的動能是初動能的3
倍,經(jīng)過C點的粒子在C點時的動能是初動能的6倍,則經(jīng)過。點的粒子在。點時的動能是初動能的()
A.3倍B.4倍
【答案】B
【詳解】根據(jù)題意,設(shè)電場強度沿方向的分量為紇,沿方向的分量為Ey,粒子在A點時的動能為石卜。
粒子從A到2的過程,有
qExd=3Ek-Ek
粒子從A到C的過程,有
qExd+qEyd=6Ek-Ek
則粒子從A到。的過程,有
qEyd=Ew-Ek
解得
E
w=4£k
故選B。
變式7.1如圖所示,在水平向右的勻強電場中有一個絕緣斜面,斜面上有一帶電金屬塊沿斜面滑下,已知
在金屬塊滑下的過程中動能增加了12J,金屬塊克服摩擦力做功8J,重力做功24J.下列說法中正確的是()
A.金屬塊帶負電荷
B.金屬塊克服電場力做功8J
C.金屬塊的電勢能減少4J
D.金屬塊的機械能減少12J
【答案】D
【詳解】ABC.金屬塊滑下的過程中動能增加了12J,由動能定理知
WG+Wf+WF=AEk
摩擦力做功
Wf=-8J
重力做功
WG=24J
解得電場力做功
WF=-4J
電場力做負功,金屬塊帶正電荷,電勢能增加了4J,故ABC錯誤;
D.由功能關(guān)系可知機械能的變化量
AE^Wf+WF=-12J
即機械能減少了12J,故D正確。
故選D。
變式7.2如圖所示,半徑為R的光滑絕緣圓環(huán)固定在豎直面內(nèi),圓環(huán)上直徑AB、CZ)之間的夾角為60。,OE
與之間的夾角也為60。。在A、C兩點分別固定電荷量均為。的正點電荷,電荷量為4的帶正電小環(huán)由B
點靜止釋放。已知點電荷周圍某點的電勢。=左?,式中。為點電荷的電荷量,廠為該點到點電荷的距離,k
r
為靜電力常量,不計帶電小環(huán)的重力,則帶電小環(huán)運動到E點時的動能為()
A(9-4石,B(9+4有)如Qc(3-2班)如Q口(9-26)如Q
【答案】A
【詳解】根據(jù)電場的疊加性原理,A和C兩點電荷在8點的電勢為
Q,Q_3kQ
(Dr.-k—Fk——-----
R2R2R
同理根據(jù)電場的疊加性原理可知,E點的電勢為
小環(huán)從B點到£點,由能量守恒有
4%=4%+”
解得
故選Ao
【例8】如圖所示,光滑絕緣水平面上靜置帶有同種電荷的A和B兩金屬小球,其中A球質(zhì)量為加,B球
質(zhì)量為2W。在2時刻給A球水平向右的初速度%,同時由靜止釋放B球,在庫侖力的作用下,兩球在。時
刻相距最近(未接觸)。下列說法正確的是()
A.從務(wù)到。時間內(nèi),兩小球系統(tǒng)機械能守恒
B,從%到。時間內(nèi),兩小球電勢能增加量為]機片
C.在%時刻,小球A和B的動量大小之比為1:1
D.在辦時刻,小球A和B的加速度大小之比為1:2
【答案】B
【詳解】D.在m時刻,小球A和B受到的庫侖力相等,A球質(zhì)量為加,B球質(zhì)量為2%,根據(jù)牛頓第二定
律,則有小球A和B的加速度大小之比為2:1,D錯誤;
A.從九至此時間內(nèi),兩個小球距離變小,則兩小球組成的系統(tǒng)電勢能增大,機械能變小,A錯誤;
C.在運動過程中,滿足動量守恒,在兩球在力時刻相距最近時,達到共同的速度
mv0=(m+2ni)v
解得
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