第九章 静电场及其应用文档格式.docx
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B.物体所带的电荷量可以是任意的。
你认为他的看法正确吗?
请简述你的理由。
2.库仑定律
在氢原子内,氢原子核与电子之间的最短距离为5.3×
10-11m。
试比较氢原子核
与电子之间的静电力和万有引力。
分析氢原子核与质子所带的电荷量相同,是1.6×
10-19C。
电子带负电,所带
的电荷量也是1.6×
质子质量为1.67×
10-27kg,电子质量为9.1×
10-31kg。
根据库仑定律和万有引力定律就可以求解。
解根据库仑定律,它们之间的静电力
F库=k
=8.2×
10-8N
根据万有引力定律,它们之间的万有引力
=3.6×
10-47N
氢原子核与电子之间的静电力是万有引力的2.3×
1039倍。
真空中有三个带正电的点电荷,它们固定在边长为50cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷的电荷量都是2.0×
10-6C,求它们各自所受的静电力。
分析根据题意作图(图9.2-2)。
每个点电荷都受到其他两个点电荷的斥力,因此,只要求出一个点电荷(例如q3)所受的力即可。
解根据库仑定律,点电荷q3共受到F1和F2两个力的作用。
其中
q1=q2=q3=q
每两个点电荷之间的距离r都相同所以
根据平行四边形定则可得
F=2F1cos30°
=0.25N
点电荷q3所受的合力F的方向为q1与q2连线的垂直平分线向外。
每个点电荷所受的静电力的大小相等,数值均为0.25N,方向均沿另外两个点电荷连线的垂直平分线向外
1.有三个完全相同的金属球,球A带的电荷量为q,球B和球C均不带电。
现要使球B带的电荷量为
,应该怎么操作?
2.半径为r的两个金属球,其球心相距3r,现使两球带上等量的同种电荷Q,两球之间的静电力
吗?
说明道理。
3.真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B(均可看作点电荷),分别固定在两处,两球之间的静电力为F。
现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触,再与B接触,然后移开C,此时A、B之间的静电力变为多少?
若再使A、B之间距离增大为原来的2倍,则它们之间的静电力又为多少?
4.在边长为a的正方形的每个顶点都放置一个电荷量为q的同种点电荷。
如果保持它们的位置不变,每个电荷受到其他三个电荷的静电力的合力是多少?
5.两个分别用长13cm的绝缘细线悬挂于同一点的相同小球(可看作质点),带有同种等量电荷。
由于静电力F的作用,它们之间的距离为10cm(图9.2-3)。
已测得每个小球的质量是0.6g,求它们所带的电荷量。
g取10m/s2。
3.电场电场强度
1.关于电场强度,小明有以下认识:
A.若在电场中的P点不放试探电荷,则P点的电场强度为0;
B.点电荷的电场强度公式
表明,点电荷周围某点电场强度的大小,与该点到场源电荷距离r的二次方成反比,在r减半的位置上,电场强度变为原来的4倍;
C.电场强度公式
表明,电场强度的大小与试探电荷的电荷量q成反比,若q减半,则该处的电场强度变为原来的2倍;
D.匀强电场中电场强度处处相同,所以任何电荷在其中受力都相同。
2.把试探电荷q放到电场中的A点,测得它所受的静电力为F;
再把它放到B点,测得它所受的静电力为nF。
A点和B点的电场强度之比
是多少?
再把另一个电荷量为nq的试探电荷放到另一点C,测得它所受的静电力也是F。
A点和C点的电场强度之比
3.场是物理学中的重要概念,除了电场和磁场,还有重力场。
地球附近的物体就处在地球产生的重力场中。
仿照电场强度的定义,你认为应该怎样定义重力场强度的大小和方向?
4.有同学说,电场线一定是带电粒子在电场中运动的轨迹。
这种说法对吗?
试举例说明。
5.某一区域的电场线分布如图9.3-11所示。
A、B、C是电场中的三个点。
(1)哪一点的电场强度最强?
哪一点的电场强度最弱?
(2)画出各点电场强度的方向。
(3)把负的点电荷分别放在这三个点,画出它所受静电力的方向。
6.用一条绝缘轻绳悬挂一个带正电小球,小球质量为1.0×
10-3kg,所带电荷量为2.0×
10-8C。
现加水平方向的匀强电场,平衡时绝缘绳与竖直方向夹角为30°
(图9.3-12)。
求匀强电场的电场强度。
7.如图9.3-13,真空中有两个点电荷,Q1为4.0×
10-8C、Q2为-1.0×
10-8C,分别固定在x轴的坐标为0和6cm的位置上。
(1)x轴上哪个位置的电场强度为0?
(2)x轴上哪些位置的电场强度的方向是沿x轴的正方向的?
4.静电的防止与利用
1.静电给人们带来很多方便,但有时也带来很多麻烦,甚至造成危害。
例如:
印刷厂里,纸张之间摩擦带电,会使纸张吸附在一起,给印刷带来麻烦;
印染厂里染织物上带静电,会吸附空气中的尘埃,使印染质量下降;
制药生产中,由于静电吸引尘埃,使药品达不到预定纯度。
要采取措施防止以上事例中静电的影响,你会怎么做?
2.在一次科学晚会上,一位老师表演了一个“魔术”:
如图9.4-10,一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐(金属)片,把它们分别跟静电起电机的两极相连。
在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香,很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。
当把起电机一摇,顿时塑料瓶清澈透明,停止摇动,又是烟雾缭绕。
起电机摇动时,塑料瓶内哪里电场强度最大?
是锯条附近还是金属片附近?
若锯条接电源负极,金属片接正极,这些烟尘最终到哪里去了?
3.超高压带电作业的工人穿戴的工作服(图9.4-11),为什么要用包含金属丝的织物制成?
4.在燃气灶和燃气热水器中,常常安装电子点火器,接通电子线路时产生高电压,通过高压放电的电火花来点燃气体。
点火器的放电电极是钉尖形(图9.4-12)。
与此相反,验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖状,这又是为什么
5.当我们使用有线话筒扩音时,有些由于周围环境中的静电现象或其他原因产生的电信号会通过话筒线混入功率放大器中进行放大,影响扩音的效果。
因此,很多优质的话筒线在构造上都采取了防备措施。
请观察图9.4-13的话筒线,你知道它采用了什么方法防止干扰信号从话筒线上侵入吗?
A组
1.当验电器带电时,为什么两片金属箔会张开一个角度?
为什么两片金属箔张开一定的角度后就不变了?
2.如图9-1,在带电体C的右侧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A、B分开,再移走C,试分析A、B的带电情况;
若先将C移走,再把A、B分开,试分析A、B的带电情况。
3.如图9-2,用两根同样长的细绳把两个带同种电荷的小球悬挂在一点。
两小球的质量相等,球A所带的电荷量大于球B所带的电荷量。
两小球静止时,悬线与竖直方向的偏角分别为α和β,请判断二者的关系并说明原因。
4.有两个带正电小球,电荷量分别为Q和9Q,在真空中相距0.4m。
如果引进第三个带电小球,正好使三个小球仅在静电力的作用下处于平衡状态,那么第三个小球应放在什么地方?
带的是哪种电荷?
电荷量是Q的几倍?
5.如图9-3,用2.0m长的绝缘线把一个质量为4.5×
10-3kg的带电小球悬挂在带等量异种电荷的竖直平行板之间。
平衡时,小球偏离竖直位置2.0cm。
如果两板间电场的电场强度是1.5×
l05N/C,小球的电荷量是多少?
6.长为l的导体棒原来不带电,现将一个带正电的点电荷q复习与提高A组B组放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处,如图9-4。
当棒达到静电平衡后,棒上感应电荷在棒的中点O处产生的电场强度大小和方向如何?
6.长为l的导体棒原来不带电,现将一个带正电的点电荷q放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处,如图9-4。
B组
1.如图9-5,在带电体C附近,把绝缘导体A、B相碰一下后分开,然后分别接触一个小电动机的两个接线柱。
假设小电动机非常灵敏,它便会开始转动。
当小电动机还没有停止时,又立刻把A、B在C附近相碰一下分开,再和小电动机两接线柱接触。
如此下去,小电动机便能不停地转动。
这不就成了永动机而违背能量守恒定律吗?
说说你的看法。
2.将电荷量Q分配给可视为点电荷的两个金属球,间距一定的情况下,怎样分配电荷量才能使它们之间的静电力最大?
请进行论证。
3.如图9-6,A、B、C、D是正方形的四个顶点,在A点和C点放有电荷量都为q的正电荷,在B点放了某个未知电荷q′后,恰好D点的电场强度等于0。
求放在B点的电荷电性和电荷量。
4.如图9-7,电荷量为q的点电荷与均匀带电薄板相距2d,点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心。
若图中A点的电场强度为0,求带电薄板产生的电场在图中B点的电场强度。
5.A、B是两个电荷量都是Q的点电荷,相距l,AB连线中点为O。
现将另一个电荷量为q的点电荷放置在AB连线的中垂线上,距O为x的C处(图9-8甲)。
(1)若此时q所受的静电力为F1,试求F1的大小。
(2)若A的电荷量变为-Q,其他条件都不变(图9-8乙),此时q所受的静电力大小为F2,求F2的大小。
(3)为使F2大于F1,l和x的大小应满足什么关系?
6.在一个点电荷Q的电场中,让x轴与它的一条电场线重合,坐标轴上A、B两点的坐标分别为0.3m和0.6m(图9-9甲)。
在A、B两点分别放置试探电荷,其受到的静电力跟试探电荷的电荷量的关系,如图9-9乙中直线a、b所示。
(1)求A点和B点的电场强度的大小和方向。
(2)点电荷Q所在位置的坐标是多少?
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- 第九章 静电场及其应用 第九 静电场 及其 应用