高中物理选修31 静电场全套同步练习完整版.docx
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高中物理选修31静电场全套同步练习完整版
第1章静电场第01节电荷及其守恒定律
[知能准备]
1.自然界中存在两种电荷,即电荷和
2.物体的带电方式有三种:
(1)摩擦起电:
两个不同的物体相互摩擦,失去电子的带电,获得电子的带电.
(2)感应起电:
导体接近(不接触)带电体,使导体靠近带电体一端带上与带电体相的电荷,而另一端带上与带电体相的电荷.
(3)接触起电:
不带电物体接触另一个带电物体,使带电体上的转移到不带电的物体上.完全相同的两只带电金属小球接触时,电荷量分配规律:
两球带异种电荷的先中和后平均分配;原来两球带同种电荷的总电荷量平均分配在两球上.
3.电荷守恒定律:
电荷既不能,只能从一个物体转移到另一个物体;或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,电荷的总量.
4.元电荷(基本电荷):
电子和质子所带等量的异种电荷,电荷量e=1.60×10-19C.实验指出,所有带电体的电荷量或者等于电荷量e,或者是电荷量e的整数倍.因此,电荷量e称为元电荷.电荷量e的数值最早由美国科学家用实验测得的.
5.比荷:
带电粒子的电荷量和质量的比值
[同步导学]
1.物体带电的过程叫做起电,任何起电方式都是电荷的转移,而不是创造电荷.
2.在同一隔离系统中正、负电荷量的代数和总量不变.
例1关于物体的带电荷量,以下说法中正确的是()
A.物体所带的电荷量可以为任意实数
B.物体所带的电荷量只能是某些特定值
C.物体带电+1.60×10-9C,这是因为该物体失去了1.0×1010个电子
D.物体带电荷量的最小值为1.6×10-19C
解析:
物体带电的原因是电子的得、失而引起的,物体带电荷量一定为e的整数倍,故A错,B、C、D正确.如图1—1—1所示,将带电棒移近两个不带电的导体球,
两个导体球开始时互相接触且对地绝缘,下述几种方法中能使两球
都带电的是()
A.先把两球分开,再移走棒
B.先移走棒,再把两球分开
C.先将棒接触一下其中的一个球,再把两球分开
D.棒的带电荷量不变,两导体球不能带电图1—1—1eq1.761011C/kg..电子的比荷为mme
解析:
带电棒移近导体球但不与导体球接触,从而使导体球上的电荷重新分布,甲球左侧感应出正电荷,乙球右侧感应出负电荷,此时分开甲、乙球,则甲、乙球上分别带上等量的异种电荷,故A正确;如果先移走带电棒,则甲、乙两球上的电荷又恢复原状,则两球分开后不显电性,故B错;如果先将棒接触一下其中的一球,则甲、乙两球会同时带上和棒同性的电荷,故C正确.可以采用感应起电的方法使两导体球带电,而使棒的带电荷量保持不变,故D错误.
3.―中性‖和―中和‖的区别
―中性‖和―中和‖反映的是两个完全不同的概念.―中性‖是指原子或物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等,对外不显示电性,表现不带电的状态.可见,任何不带电的物体,实际上其中都有等量的异种电荷.―中和‖是两个带等量(或不等量)的异种电荷的带电体相接触时,由于正、负电荷间的吸引作用,电荷发生转移、抵消(或部分抵消),最后都达到中性(或单一的正、负电性)状态的一个过程.
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[同步检测]
1、一切静电现象都是由于物体上的引起的,人在地毯上行走时会带上电,梳头时会带上电,脱外衣时也会带上电等等,这些几乎都是由引起的.
2.用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的硬橡胶棒,都能吸引轻小物体,这是因为()
A.被摩擦过的玻璃棒和硬橡胶棒一定带上了电荷
B.被摩擦过的玻璃棒和硬橡胶棒一定带有同种电荷
C.被吸引的轻小物体一定是带电体
D.被吸引的轻小物体可能不是带电体
3.如图1—1—2所示,在带电+Q的带电体附近有两个相互接触的金属导体A和B,均放在绝缘支座上.若先将+Q移走,再把A、B分开,则A电,B电;若先将A、B分开,再移走+Q,则A电,
.
4.同种电荷相互排斥,在斥力作用下,同种电荷有尽量作用下有尽量的趋势.
5.一个带正电的验电器如图1—1—3所示,
当一个金属球A靠近验电器上的金属球B时,验电
器中金属箔片的张角减小,则()
A.金属球A可能不带电
B.金属球A一定带正电
C.金属球A可能带负电图1—1—2
D.金属球A一定带负电
A.验电器所带电荷量部分被中和
B.验电器所带电荷量部分跑掉了
C.验电器一定带正电
D.验电器一定带负电
7.以下关于摩擦起电和感应起电的说法中正确的是
A.摩擦起电是因为电荷的转移,感应起电是因为产生电荷
B.摩擦起电是因为产生电荷,感应起电是因为电荷的转移
C.摩擦起电的两摩擦物体必定是绝缘体,而感应起电的物体必定是导体
D.不论是摩擦起电还是感应起电,都是电荷的转移
8.现有一个带负电的电荷A,和一个能拆分的导体B,没有其他的导体可供利用,你如何能使导体B带上正电?
9.带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的
A.2.4×10-19CB.-6.4×10-19CC.-1.6×10-18CD.4.0×10-17C
10.有三个相同的绝缘金属小球A、B、C,其中小球A带有2.0×10-5C的正电荷,小球B、C不带电.现在让小球C先与球A接触后取走,再让小球B与球A接触后分开,最后让小球B与小球C接触后分开,最终三球的带电荷量分别为qA,qB,qC.
[综合评价]
1.对于摩擦起电现象,下列说法中正确的是
A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷
B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体
C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,一定带有等量异种电荷
D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,可能带有同种电荷
2.如图1—1—4所示,当将带正电的球C移近不带电的枕形绝缘金属导体AB时,枕形导体上的电荷移动情况是
第2页共64页图1—1—36.用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近已带电的验电器时,发现它的金属箔片的张角减小,由此可判断()
A.枕形金属导体上的正电荷向B端移动,负电荷不移动
B.枕形金属导体中的带负电的电子向A端移动,正电荷不移动
C.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动
3.关于摩擦起电和感应起电的实质,下列说法中正确的是
A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能,也说明通过做功可以创造电荷
B.摩擦起电现象说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体
C.摩擦起电现象说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分
D.感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了
D.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动图1—1—4
4.如图1—1—5所示,用带正电的绝缘棒A去靠近原来不带电的验电器B,
B的金属箔片张开,这时金属箔片带器的小球后离开,然后移开A,这时B的金属箔片也能张开,它带电.图1—1—5
5.绝缘细线上端固定,下端悬挂一轻质小球a,a的表面镀有铝膜.在
缘金属球b,开始时a、b都不带电,如图1—1—6所示,现使b带电,
A.ab之间不发生相互作用
B.b将吸引a,吸在一起不放开
C.b立即把a排斥开
D.b先吸引a,接触后又把a排斥开图1—1—6
6.5个元电荷的电荷量是,16C电荷量等于个元电荷的电荷量.
7.有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B,分别带有电荷量QA=6.4×109下验电a的近旁有一底座绝则:
C,QB=–3.2×109C,让两绝缘金属小球接触,在接触过程中,电子如何转移并转移多少库仑?
此后,小球A、B各带电多少库仑?
8.有三个相同的绝缘金属小球A、B、C,其中小球A带有3×10-3C的正电荷,小球B带有-2×10-3C的负电荷,小球C不带电.先将小球C与小球A接触后分开,再将小球B与小球C接触然后分开,试求这时三球的带电荷量分别为多少?
第一章静电场
第一节电荷及其守恒定律
[知能准备]答案:
1.正负2.
(1)正负
(2)异同(3)一部分电荷3.创造消失保持不变
[同步检测]答案:
1.带电摩擦2.AD3.不带不带负正4.远离靠近5.AC6.C7.D8.电荷A靠近导体B时,把B先拆分开后把电荷A移走,导体B靠近电荷A的一端带正电
9.A10.5×10-6C7.5×10-6C7.5×10-6C
[综合评价]答案:
1.BC2.B3.B4.正负5.D6.8×10-19C10207.
(1)4.8×10-9C
(2)1.6×10-9C
1.6×10-9C8.1.5×10-3C–2.5×10-4C–2.5×10-4C
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同步导学第1章静电场第02节库仑定律
[知能准备]
1.点电荷:
无大小、无形状、且有电荷量的一个点叫.它是一个理想化的模型.
2.库仑定律的成反比,作用力的方向在它们的.
3.库仑定律的表达式:
F=kq1q2;2r
其中q1、q2表示两个点电荷的电荷量,r表示它们的距离,k为比例系数,也叫静电力常量,
k=9.0×109Nm2/C2.
[同步导学]
1.点电荷是一个理想化的模型.实际问题中,只有当带电体间的距离远大于它们自身的线度以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时,带电体方可视为点电荷.一个带电体能否被视为点电荷,取决于自身的几何形状与带电体之间的距离的比较,与带电体的大小无关.
2.库仑定律的适用范围:
真空中(干燥的空气也可)的两个点电荷间的相互作用,也可适用于两个均匀带电的介质球,不能用于不能视为点电荷的两个导体球.
例1半径为r的两个相同金属球,两球心相距为L(L=3r),它们所带电荷量的绝对值均为q,则它们之间相互作用的静电力F
q2q2
A.带同种电荷时,F<k2B.带异种电荷时,F>k2LL
q2
C.不论带何种电荷,F=k2D.以上各项均不正确L
解析:
应用库仑定律解题时,首先要明确其条件和各物理量之间的关系.当两带电金属球靠得较近时,由于同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引,两球所带电荷的―中心‖偏离球心,在计算其静电力F时,就不能用两球心间的距离L来计算.若两球带同种电荷,两球带电―中心‖之间的距离大于L,如图1—2—1(a)所示,
图1—2—1图1—2—2
q2
则F<k2,故A选项是对的,同理B选项也是正确的.L
3.库仑力是矢量.在利用库仑定律进行计算时,常先用电荷量的绝对值代入公式进行计算,求得库仑力的大小;然后根据同种电荷相斥,异种电荷相吸来确定库仑力的方向.
4.系统中有多个点电荷时,任意两个点电荷之间的作用力都遵从库仑定律,计算多个电荷对某一电荷的作用力应先分别计算每个电荷对它的库仑力,然后再用力的平行四边形定则求其矢量和.
例2如图1—2—2所示,三个完全相同的金属球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所带电荷量的大小比b的小.已知c受到a和b的静电力的合力可用图中有向线段中的一条来表示,它应是
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A.F1B.F2C.F3D.F4
解析:
根据―同电相斥、异电相吸‖的规律,确定电荷c受到a和b的库仑力方向,考虑a的带电荷量大于b的带电荷量,因为Fb大于Fa,Fb与Fa的合力只能是F2,故选项B正确.
例2两个大小相同的小球带有同种电荷(可看作点电荷),质量分别为m1和m2,带电荷量分别是q1和q2,用绝缘线悬挂后,因静电力而使两悬线张开,分别与铅垂线方向成夹角θ1和θ2,且两球同处一水平线上,如图1—2—3所示,若θ1=θ2,则下述结论正确的是
A.q1一定等于q2
B.一定满足q1/m1=q2/m2
C.m1一定等于m2
D.必须同时满足q1=q2,m1=m2
图1—2—3
解析:
两小球处于静止状态,故可用平衡条件去分析.小球m1受到F1、F、m1g三个力作用,建立水平和竖直方向建立直角坐标系如图1—2—4所示,此时只需分解F1.由平衡条件得:
kq1q2F1sin102r
F1cos1m1g0
所以tg1kq1q2kq1q2.tg.图1—2—4同理,对m分析得:
2222m1grm2gr
因为12,所以tg1tg2,所以m1m2.可见,只要m1=m2,不管q1、q2如何,1都等于2.所以,正确答案是C.
讨论:
如果m1>m2,1与2的关系怎样?
如果m1<m2,1与2的关系又怎样?
(两球仍处同一水平线上)因为tg1kq1q2kq1q2kq1q2.tg.不管q、q大小如何,两式中的是相等的.221222m1grm2grgr
所以m1>m2时,1<2,m1<m2时,1>2.
5.库仑定律给出了两个点电荷作用力的大小及方向,库仑力毕竟也是一种力,同样遵从力的合成和分解法则,遵从牛顿定律等力学基本规律.动能定理,动量守恒定律,共点力的平衡等力学知识和方法,在本章中一样使用.这就是:
电学问题,力学方法.
例3a、b两个点电荷,相距40cm,电荷量分别为q1和q2,且q1=9q2,都是正电荷;现引入点电荷c,这时a、b、c三个电荷都恰好处于平衡状态.试问:
点电荷c的性质是什么?
电荷量多大?
它放在什么地方?
解析:
点电荷c应为负电荷,否则三个正电荷相互排斥,永远不可能平衡.
由于每一个电荷都受另外两个电荷的作用,三个点电荷只有处在同一条直线上,且c在a、b之间才有可能都平衡.
设c与a相距x,则c、b相距(0.4-x),如点电荷c的电荷量为q3,根据二力平衡原理可列平衡方程:
a平衡:
kq2q3q2q3q1q2q1q3q1q3q1q2kk.k.b平衡:
c平衡:
=kk2222220.4(0.4x)(0.4
x)0.4xx
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显见,上述三个方程实际上只有两个是独立的,解这些方程,可得有意义的解:
x=30cm
所以c在a、b连线上,与a相距30cm,与b相距10cm.
q3=9111q2q1,即q1:
q2:
q3=1:
:
(q1、q2为正电荷,q3为负电荷)1616916
例4有三个完全相同的金属球A、B、C,A带电荷量7Q,B带电荷量﹣Q,C不带电.将A、B固定,然后让C反复与A、B接触,最后移走C球.问A、B间的相互作用力变为原来的多少倍?
解析:
C球反复与A、B球接触,最后三个球带相同的电荷量,其电荷量为Q′=
A、B球间原先的相互作用力大小为F=k7Q(Q)=2Q.3Q1Q27QQ22k7kQ/r.22rr
222A、B球间最后的相互作用力大小为F′=kQ′1Q′2/r2=k2Q2Q/r4kQ/r
即F′=4F/7.
所以:
A、B间的相互作用力变为原来的4/7.
点评:
此题考查了中和、接触起电及电荷守恒定律、库仑定律等Ek=EkA+EkB=121mvA+2mv2=3mv222
6.库仑定律表明,库仑力与距离是平方反比定律,这与万有引力定律十分相似,目前尚不清楚两者是否存在内在联系,但利用这一相似性,借助于类比方法,人们完成了许多问题的求解.
[同步检测]
1.下列哪些带电体可视为点电荷
A.电子和质子在任何情况下都可视为点电荷
B.在计算库仑力时均匀带电的绝缘球体可视为点电荷
C.带电的细杆在一定条件下可以视为点电荷
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D.带电的金属球一定不能视为点电荷
2.对于库仑定律,下面说法正确的是
A.凡计算真空中两个静止点电荷间的相互作用力,就可以使用公式F=k
B.两个带电小球即使相距非常近,也能用库仑定律
C.相互作用的两个点电荷,不论它们的电荷量是否相同,它们之间的库仑力大小一定相等
D.当两个半径为r的带电金属球心相距为4r时,对于它们之间相互作用的静电力大小,只取决于它们各自所带的电荷量
3.两个点电荷相距为d,相互作用力大小为F,保持两点电荷的电荷量不变,改变它们之间的距离,使之相互作用力大小为4F,则两点之间的距离应是
A.4dB.2dC.d/2D.d/4
4.两个直径为d的带正电的小球,当它们相距100d时作用力为F,则当它们相距为d时的作用力为()
A.F/100B.10000FC.100FD.以上结论都不对
5.两个带正电的小球,放在光滑绝缘的水平板上,相隔一定的距离,若同时释放两球,它们的加速度之比将
A.保持不变B.先增大后减小C.增大D.减小
6.两个放在绝缘架上的相同金属球相距d,球的半径比d小得多,分别带q和3q的电荷量,相互作用的斥力为3F.现将这两个金属球接触,然后分开,仍放回原处,则它们的相互斥力将变为
A.OB.FC.3FD.4F
7.如图1—2—6所示,大小可以不计的带有同种电荷的小球A和B互相排斥,
静止时两球位于同一水平面上,绝缘细线与竖直方向的夹角分别为α和β卢,且α<β,
由此可知
A.B球带电荷量较多
B.B球质量较大
C.A球带电荷量较多
D.两球接触后,再静止下来,两绝缘线与竖直方向的夹角变为α′、β′,则仍有α′<β′
8.两个质量相等的小球,带电荷量分别为q1和q2,用长均为L的两根细线,悬挂在同一点上,静止时两悬线与竖直方向的夹角均为30°,则小球的质量为.
9.两个形状完全相同的金属球A和B,分别带有电荷量qA=﹣7×10
68q1q2;r2图1—2—6C和qB=3×108C,它们之间的吸引力为2×10N.在绝缘条件下让它们相接触,然后把它们又放回原处,则此时它们之间的静电力是
(填―排斥力‖或―吸引力‖),大小是(小球的大小可忽略不计)
10.如图1—2—7所示,A、B是带等量同种电荷的小球,A固定在竖直放置的10cm长的绝缘支杆上,B平衡于倾角为30°的绝缘光滑斜面上时,恰与A等高,若B的质量为303g,则B带电荷量是多少?
(g取l0m/s)
[综合评价]图1—2—71.两个带有等量电荷的铜球,相距较近且位置保持不变,设它们带同种电荷时的静电力为F1,它们带异种电荷时(电荷量绝对值相同)的静电力为F2,则F1和F2的大小关系为:
A.F1=F2D.F1>F2C.F1<F2D.无法比较
2.如图1—2—8所示,在A点固定一个正点电荷,在B点固定一负点电荷,当在C点处放上第三个电荷
q2
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时,电荷q受的合力为F,若将电荷q向B移近一些,则它所受合力将
A.增大D.减少C.不变D.增大、减小均有可能.
图1—2—8图1—2—9
3.真空中两个点电荷,电荷量分别为q1=8×109C和q2=﹣18×109C,两者固定于相距20cm的a、b两点上,如图1—2—9所示.有一个点电荷放在a、b连线(或延长线)上某点,恰好能静止,则这点的位置是
A.a点左侧40cm处B.a点右侧8cm处
C.b点右侧20cm处D.以上都不对.
4.如图所示,+Q1和-Q2是两个可自由移动的电荷,Q2=4Q1.现再取一个可自由移动的点电荷Q3放在Q1与
Q2连接的直线上,欲使整个系统平衡,那么()
A.Q3应为负电荷,放在Q1的左边B、Q3应为负电荷,放在Q2的右边
C.Q3应为正电荷,放在Q1的左边D、Q3应为正电荷,放在Q2的右边.
5.如图1—2—10所示,两个可看作点电荷的小球带同种电,电荷量分别为q1和q2,质量分别为m1和m2,当两球处于同一水平面时,α>β,则造成α>β的可能原因是:
A.m1>m2B.m1<m2Cq1>q2D.q1>q2
图1—2—10图1—2—
11图1—2—12
6.如图1—2—11所示,A、B两带正电小球在光滑绝缘的水平面上相向运动.已知mA=2mB,vA=2v0,vB=v0.当两电荷相距最近时,有
A.A球的速度为v0,方向与vA相同B.A球的速度为v0,方向与vA相反
C.A球的速度为2v0,方向与vA相同D.A球的速度为2v0,方向与vA相反.
7.真空中两个固定的点电荷A、B相距10cm,已知qA=+2.0×10
荷量Qc=+4.0×1088C,qB=+8.0×108C,现引入电荷C,电C,则电荷C置于离cm,离B
cm处时,C电荷即可平衡;若改变电荷C的电荷量,仍置于上述位置,则电荷C的平衡状态(填不变或改变),若改变C的电性,仍置于上述位置,则C的平衡,若引入C后,电荷A、B、C均在库仑力作用下平衡,则C电荷电性应为,电荷量应为C.
8.如图1—2—12所示,两相同金属球放在光滑绝缘的水平面上,其中A球带9Q的正电荷,
B球带Q的负电荷,由静止开始释放,经图示位置时,加速度大小均为a,然后发生碰撞,
返回到图示位置时的加速度均为.
9.如图1—2—13所示,两个可视为质点的金属小球A、B质量都是m、带正电电荷量都是q,
连接小球的绝缘细线长度都是l,静电力常量为k,重力加速度为g.则连结A、B的细线中
的张力为多大?
连结O、A的细线中的张力为多大?
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图1—2—13
10.如图1—2—14所示,一个挂在丝线下端的带正电的小球B静止在图示位置.固定的带正电荷的A球电荷量为Q,B球质量为m、电荷量为q,θ=30°,A和B在同一水平线上,整个装置处在真空中,求A、B两球间的距离.
第二节库仑定律
知能准备答案:
1.点电荷2.乘积平方连线上
76同步检测答案:
1.BC2.AC3.C4.D5.A6.D7.D8.3kq1q2/gl9.排斥力,3.8×10N10.10C2图1—2—14
综合评价答案:
1.C2.D3.A4.A5.B6.A7.10/3,20/3,不变,不变,负,8×10
9.k
98.16a/9q2l2mg2mg10.kQqmg
同步导学第1章静电场第03节电场强度
[知能准备]
1.物质存在的两种形式:
与.
2.电场强度
(1)电场明显的特征之一是对场中其他电荷具有.
(2)放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的.叫做该点的电场强度.物理学中规定电场中某点的电场强度的方向跟电荷在该点所受的静电力的方向相同.
(3)电场强度单位,符号.另一单位,符号.
(4)如果1C的电荷在电场中的某点受到的静电力是1N,这点的电场强度就是.
3.电场强度的叠加:
电场中某点的电场强度为各个场源点电荷在该点产生的电场强度的.
4.电场线
(1)电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线(或直线).曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向.
(2)电场线的特点:
①电场线从正电荷(或无限远处)出发,终止于无限远或负电荷.
②电场线在电场中不相交,这是因为在电场中任意一点的电场强度不可能有两个方向.
③在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较电场强度较小的地方电场线较,因此可以用电场线的来表示电场强度的相对大小.
5.匀强电场:
如果电场中各点电场强度的大小.方向
[同步导学]
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1.电场和电场的基本性质
场是物质存在的又一种形态.区别于分子、原子组成的实物,电场有其特殊的性质,如:
几个电场可以同时―处于‖某一空间,电场对处
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