甘肃省西北师范大学附属中学物理 静电场及其应用精选测试卷专题练习

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A.小球b机械能保持不变
B.小球b所受库仑力大小始终为2mg
C.细线PM的拉力先增大后减小
D.小球b加速度大小一直变大
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A.小球b所受库仑力和管道的弹力始终与速度垂直,即只有重力做功,所以小球b机械能守恒,故A正确;
B.小球b机械能守恒,从G滑到H过程中,有:
H处有:
则有:
根据共点力平衡条件,有
解得
由于 减小, 不变,所以推力F减小,斜面对B的弹力N不变,选项AB正确。
故选AB。
7.如图所示,带电小球a由绝缘细线PM和PN悬挂而处于静止状态,其中PM水平,地面上固定一绝缘且内壁光滑的圆弧细管道GH,圆心P与a球位置重合,管道底端H与水平地面相切,一质量为m可视为质点的带电小球b从G端口由静止释放,当小球b运动到H端时对管道壁恰好无弹力,重力加速度为g。在小球b由G滑到H过程中,下列说法中正确的是()
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】
题目要求不通过计算,只需通过一定的分析就可以判断结论,所以根据点电荷场强的公式E=k ,与选项相对比,寻找不同点,再用极限分析问题的思想方法就可以分析出结果.
【详解】
与点电荷的场强公式E=k ,比较可知,C表达式的单位不是场强的单位,故可以排除C;
当r=a时,右侧圆环在A点产生的场强为零,则A处场强只由左侧圆环上的电荷产生,即场强表达式只有一项,故可排除选项D;
A.小球P受到的库仑力先减小后增大
B.小球P、Q间的距离越来越小
C.轻质细线的拉力先减小后增大
D.轻质细线的拉力一直在减小
【答案】AD
【解析】
【分析】
【பைடு நூலகம்解】
画出小球P的受力示意图,如图所示
当小球P位置不动,Q缓慢向右下移动时,Q对P的库仑力先减小后增大,根据库仑定律可得,QP间的距离先增大后减小;轻质细线的拉力则一直在减小,当Q到达P的正下方时,轻质细线的拉力减小为零,故选AD。
甘肃省西北师范大学附属中学物理 静电场及其应用精选测试卷专题练习
一、第九章静电场及其应用选择题易错题培优(难)
1.如图,真空中x轴上关于O点对称的M、N两点分别固定两异种点电荷,其电荷量分别为 、 ,且 。取无穷远处电势为零,则( )
A.只有 区间的电场方向向右
B.在N点右侧附近存在电场强度为零的点
C. 、 为两异种点电荷,在 之间存在电势为零的点,选项C正确;
D.因为 , 之间的电场强度大,所以 之间的电势差大于 之间的电势差,选项D错误。
故选BC。
2.如图所示,一带电小球P用绝缘轻质细线悬挂于O点。带电小球Q与带电小球P处于同一水平线上,小球P平衡时细线与竖直方向成θ角(θ<45°)。现在同一竖直面内向右下方缓慢移动带电小球Q,使带电小球P能够保持在原位置不动,直到小球Q移动到小球P位置的正下方。对于此过程,下列说法正确的是( )
F库=3mg
故B错误;
C.设PN与竖直方向成α角,对球a受力分析,将其分解:
竖直方向上有:
FPNcos α=mg+F库sin θ
水平方向上有:
F库cos θ+FPNsin α=FPM。
解得:
下滑时θ从0增大90°,细线PM的拉力先增大后减小,故C正确;
D.设b与a的连线与水平方向成θ角,则有:任意位置加速度为向心加速度和切向加速度合成,即为:
可知小球的加速度一直变大,故D正确。
故选ACD。
8.有固定绝缘光滑挡板如图所示,A、B为带电小球(可以近似看成点电荷),当用水平向左的力F作用于B时,A、B均处于静止状态.现若稍改变F的大小,使B向左移动一段小距离(不与挡板接触),当A、B重新处于平衡状态时与之前相比()
A.A、B间距离变小
B.水平推力力F减小
C.系统重力势能增加
D.系统的电势能将减小
【答案】BCD
【解析】
【详解】
A.对A受力分析,如图;由于可知,当B向左移动一段小距离时,斜面对A的支持力减小,库仑力减小,根据库仑定律可知,AB间距离变大,选项A错误;
B.对AB整体,力F等于斜面对A的支持力N的水平分量,因为N减小,可知F减小,选项B正确;
C.对A球由平衡知识可知
可知x与电荷量乘积Qq成正比,选项C正确;
D.因为
由于x变化,所以不能说 与A、B间库仑力成正比,故D错误。
故选BC。
6.如图所示,两个带电小球 、 分别处于光滑绝缘的竖直墙面和斜面上,且在同一竖直平面内,用水平向左的推力F作用于 球,两球在图示位置静止,现将 球沿斜面向下移动一小段距离,发现 球随之向上移动少许,两球在新位置重新平衡,重新平衡后与移动前相比,下列说法正确的是( )
3.如图所示,内壁光滑的绝缘半圆容器静止于水平面上,带电量为qA的小球a固定于圆心O的正下方半圆上A点;带电量为q,质量为m的小球b静止于B点,其中∠AOB=30°。由于小球a的电量发生变化,现发现小球b沿容器内壁缓慢向上移动,最终静止于C点(未标出),∠AOC=60°。下列说法正确的是( )
A.水平面对容器的摩擦力向左
B.容器对小球b的弹力始终与小球b的重力大小相等
C.出现上述变化时,小球a的电荷量可能减小
D.出现上述变化时,可能是因为小球a的电荷量逐渐增大为
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
A.对整体进行受力分析,整体受到重力和水平面的支持力,两力平衡,水平方向不受力,所以水平面对容器的摩擦力为0,故A错误;
A.d可以改变B.B的位置在同一圆弧上
C.x与电荷量乘积Qq成正比D. 与A、B间库仑力成正比
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】
A.因实验要探究库仑力与电荷量的关系,故两电荷间距d应保持不变,选项A错误;
B.因要保持A、B连线与细线垂直且A、B距离总保持d不变,可知B到O点的距离不变,故B的位置在同一圆弧上,选项B正确;
考点:动能定理和牛顿定律综合的问题
点评:小球沿细管滑到最低点B时,对管壁恰好无压力.并不是电场力等于重力,而是电场力与重力提供向心力去做圆周运动.当是点电荷的电场时,由于电场力与支持力均于速度方向垂直,所以只有重力做功.
11.物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证,有时只需通过一定的分析就可以判断结论是否正确.如图所示为两个彼此平行且共轴的半径分别为R1和R2的圆环,两圆环上的电荷量均为q(q>0),而且电荷均匀分布.两圆环的圆心O1和O2相距为2a,连线的中点为O,轴线上的A点在O点右侧与O点相距为 (r<a),试分析判断下列关于A点处电场强度大小E的表达式正确的是
C.因为AB距离增加,则竖直距离变大,则系统重力势能增加,选项C正确;
D.因为AB距离增加,电场力做正功,则电势能减小,选项D正确;
故选BCD.
9.如图甲所示,两点电荷放在x轴上的M、N两点,电荷量均为Q,MN间距2L,两点电荷连线中垂线上各点电场强度 随y变化的关系如图乙所示,设沿y轴正方向为电场强度的正方向,中垂线上有一点 ,则以下说法正确的是()
D.小球向下运动过程中,电场力做负功,所以电势能逐渐增大,越靠近B小球,电场力越大,电势能增大的越快,所以图像的斜率越来越大,D正确。
故选CD。
5.某老师用图示装置探究库仑力与电荷量的关系。A、B是可视为点电荷的两带电小球,用绝缘细线将A悬挂,实验中在改变电荷量时,移动B并保持A、B连线与细线垂直。用Q和q表示A、B的电荷量,d表示A、B间的距离, ( 不是很小)表示细线与竖直方向的夹角,x表示A偏离O点的水平距离,实验中( )
D.小球a的电荷量未改变时,对b受力分析可得矢量三角形为顶角为30°的等腰三角形,此时静电力为
a、b的距离为
当a的电荷量改变后,静电力为
a、b之间的距离为
由静电力
可得
故D正确。
故选BD。
4.如图所示,竖直平面内固定一倾斜的光滑绝缘杆,轻质绝缘弹簧上端固定,下端系带正电的小球A,球A套在杆上,杆下端固定带正电的小球B。现将球A从弹簧原长位置由静止释放,运动距离x0到达最低点,此时未与球B相碰。在球A向下运动过程中,关于球A的速度v、加速度a、球A和弹簧系统的机械能E、两球的电势能Ep随运动距离x的变化图像,可能正确的有( )
【答案】BD
【解析】
【详解】
A.如果M、N两点上的两等量点电荷是异种电荷,则其中垂线是为等势线,故A错误;
B.等量同种电荷连线中垂线上,从P到O电势升高,负电荷的电势能减小,故B正确;
C.等量同种电荷连线中垂线上,从P到O电场线方向向上,试探电荷受的电场力沿y轴向下,在y轴上O点下方,电场线方向沿y轴向下,试探电荷受的电场力沿y轴向上,由图乙可知,y轴上电场强度最大点的位移在P点的下方,所以试探电荷沿y轴先做加速度增大,后做加速度减小的加速运动,在y轴上O点下方,做加速度先增大后减小的减速运动,故C错误;
A.M、N两点上的两等量点电荷是异种电荷,M为正电荷,N为负电荷
B.将一试探电荷-q沿y轴负方向由P移动到O,试探电荷的电势能一直减少
C.一试探电荷-q从P点静止释放,在y轴上做加速度先变小后变大的往复运动
D.在P点给一试探电荷-q合适的速度,使其在垂直x轴平面内以O点为圆心做匀速圆周运动,所需向心力为
A.小球在B时的速率为
B.小球在B时的速率小于
C.固定于圆心处的点电荷在AB弧中点处的电场强度大小为3mg/q
D.小球不能到达C点(C点和A在一条水平线上)
【答案】AC
【解析】
试题分析:由A到B,由动能定理得: ,解得 ,A正确,B错误,在B点,对小球由牛顿第二定律得: ,将B点的速度带入可得 ,C正确,从A到C点过程中电场力做功为零,所以小球能到达C点,D错误,
C.在 之间存在电势为零的点
D. 之间的电势差小于 之间的电势差
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】
AB. 在N点右侧产生的场强水平向右, 在N点右侧产生的场强水平向左,又因为 ,根据 在N点右侧附近存在电场强度为零的点,该点左右两侧场强方向相反,所以不仅只有 区间的电场方向向右,选项A错误,B正确;
A.推力F变小B.斜面对 的弹力不变
C.墙面对 的弹力不变D.两球之间的距离减小
【答案】AB
【解析】
【详解】
CD.先对小球A受力分析,受重力、支持力、静电力,如图所示:
根据共点力平衡条件,有:

由于 减小,可知墙面对A的弹力变小,库仑力减小,故两球间距增加,选项CD错误;
AB.对AB整体受力分析,受重力、斜面支持力N、墙壁支持力FN、推力F,如图所示:
A. B.
C. D.
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
令A、B小球分别带电量为 、 ,释放A球时A、B间距为r,弹簧的劲度系数为K。则
A.在小球A运动到最低点的过程中,受力分析如图所示
加速阶段有
减速阶段有
所以小球先做加速度减小的加速运动,再做加速度增大的减速运动,越向下运动,弹力和电场力越大,所以减速阶段速度减小的更快,速度减为零的时间更短,和加速阶段不对称,A错误;
B.小球做加速度减小的加速运动时,
对a求导则
则加速阶段,加速度随着运动距离x的增加而减小,且加速减小得越来越快(即a-x曲线越来越陡峭)。
同理,减速阶段
在减速阶段加速度运动距离x的增加而减加而增大,且加速度增加得越来越慢(即a-x曲线越来越平缓),故B错误;
C.小球向下运动过程中,由于要克服电场力做功,所以球A和弹簧系统的机械能E逐渐减小,越靠近B小球,电场力越大,机械能减小的越快,所以图像的斜率的绝对值越来越大,C正确;
B.小球b在向上缓慢运动的过程中,所受的外力的合力始终为0,如图所示
小球的重力不变,容器对小球的弹力始终沿半径方向指向圆心,无论小球a对b的力如何变化,由矢量三角形可知,容器对小球的弹力大小始终等于重力大小,故B正确;
C.若小球a的电荷量减小,则小球a和小球b之间的力减小,小球b会沿半圆向下运动,与题意矛盾,故C错误;
左右两个圆环均带正电,则两个圆环在A点产生的场强应该反向,故可排除B,综上所述,可知A正确.故选A.
12.如图所示,质量为m的带电小球用绝缘丝线悬挂于P点,另一带正电小球M固定在带电小球的左侧,小球平衡时,绝缘丝线与竖直方向夹角为θ,且两球球心在同一水平线上.关于悬挂小球的电性和所受库仑力的大小,下列判断正确的是( )
D.等量正电荷中垂面上电场方向背离圆心O,所以负试探电荷受电场力作用以O为圆心做匀速圆周运动,如图,由几何关系可知,P到M的距离为2L,图中 ,由叠加原理可得,P点的场强为
所以电场力即为向心力为
故D正确。
10.如图所示,在竖直放置的半径为R的光滑半圆弧绝缘细管的圆心O处固定一点电荷,将质量为m,带电量为+q的小球从圆弧管的水平直径端点A由静止释放,小球沿细管滑到最低点B时,对管壁恰好无压力,已知重力加速度为g,则下列说法正确的是()
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