第1章 静电力与电场强度
第4节 点电荷的电场 匀强电场
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)由电场强度的定义式E=可知,在电场中的同一点( )
A.电场强度E跟F成正比,跟q成反比
B.无论试探电荷所带的电荷量如何变化,始终不变
C.电场中某点的电场强度为零,则在该点的电荷受到的静电力一定为零
D.一个不带电的小球在P点受到的静电力为零,则P点的电场强度一定为零
解析电场强度是由电场本身所决定的物理量,是客观存在的,与放不放试探电荷无关。电场的基本性质是它对放入其中的电荷有静电力的作用,F=Eq。若电场中某点的电场强度E=0,那么F=0,若小球不带电q=0,F 也一定等于零,选项B、C正确。
答案BC
2.
(多选)如图所示,在点电荷Q的电场中,以点电荷Q为圆心的圆周上有A、B、C三点,A、C两点在同一直径上。已知A点的电场方向水平向右。下列判断正确的是 ( )
A.B点的电场方向水平向右
B.C点的电场方向水平向左
C.B、C两点的电场强度大小相等
D.B、C两点的电场强度大小不相等
解析据题知A点的电场方向水平向右,则知点电荷Q带正电,电场线是发散状,故B点的电场方向向上,故A错误;根据点电荷电场的特点可知,C点的电场方向水平向左,故B正确;由公式E=k知,B、C两点的电场强度大小相等,故C正确,D错误。
答案BC
3.
如图所示,在光滑绝缘水平面上,三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上,a、b被固定,均带正电q,c不固定,带负电。整个系统置于水平方向的匀强电场中。已知静电力常量为k。若小球C处于静止状态,则匀强电场的大小、方向为( )
A.,沿∠acb的角平分线指向ab连线
B.,沿∠acb的角平分线指向ab连线
C.,沿∠acb的角平分线背离ab连线
D.,沿∠acb的角平分线背离ab连线
解析设c电荷带电荷量为Q,根据平衡条件得a、b对c的合力与匀强电场对c的电场力等大反向,
即2××cos 30°=EQ
匀强电场电场强度的大小为,由于c带负电,其受电场力方向与电场方向相反,故电场方向沿∠acb的角平分线指向ab连线,选项B正确。
答案B
4.
点电荷A和B,分别带正电和负电,电荷量分别为4Q和Q,在A、B连线上,如图所示,电场强度为零的地方在( )
A.B的左侧 B.A的右侧
C.A和B之间 D.A的右侧及B的左侧
解析在B的左侧,A产生的电场强度向左,B产生的电场强度向右,电场强度方向相反,但由于A的电荷量大于B的电荷量,且离A较远,由点电荷电场强度公式可知,在同一点电场强度大小可能相等,所以合电场强度可能为零,故A正确。A的右侧,A产生的电场强度向右,B产生的电场强度向左,电场强度方向相反,由于A的电荷量大于B的电荷量,且离A较近,由点电荷电场强度公式可知,在同一点A的电场强度一定大于B的电场强度,所以合电场强度不可能为零,故B错误。A和B之间两点产生的电场强度方向均向左,合电场强度不可能为零,故C错误。由上可知D错误。
答案A
5.
如图所示,真空中O点有一点电荷,在它产生的电场中有A、B两点,A点的电场强度大小为EA,方向与AB连线成60°角,B点的电场强度大小为EB,方向与AB连线成30°角。关于A、B两点电场强度大小EA、EB的关系,以下结论正确的是( )
A.EA=EB B.EA=EB
C.EA=EB D.EA=3EB
解析由题图可知,rB=rA,再由E=可知,=3,故D正确。
答案D
6.
如图所示,A、B、C三点为一直角三角形的三个顶点,∠B=30°,现在A、B两点放置两点电荷qA、qB,测得C点电场强度的方向与AB平行,则qA带 电,qA∶qB= 。
解析如图所示,放在A点和B点的点电荷在C处产生的电场强度方向分别在AC和BC的连线上,因C点电场强度方向与BA方向平行,故放在A点的点电荷和放在B点的点电荷产生的电场强度方向只能如图所示:由C→A和由B→C,故qA带负电,qB带正电,且EB=2EA,即k=2k,又由几何关系知BC=2AC,所以qA∶qB=1∶8。
答案负 1∶8
能力提升
1.
如图所示,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点,a和b间、b和c间、c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q(q>0)的固定点电荷。已知b点处的电场强度为零,则d点处的电场强度大小为(静电力常量为k)( )
A.k B.k
C.k D.k
解析由题意,b点处的电场强度为零说明点电荷和圆盘在b点产生的电场强度等大反向,即圆盘在距离为R的b点产生的电场强度大小为EQ=,故圆盘在距离为R的d点产生的电场强度大小也为EQ=,点电荷在d点产生的电场强度大小为Eq=,方向与圆盘在d点产生的电场强度方向相同,d点的合电场强度为二者之和,即E合=,B正确。
答案B
2.AB、CD为圆的两条相互垂直的直径,圆心为O,将带电荷量分别为+q、-q的两点电荷放在圆周上关于AB对称且相距等于圆的半径的位置,如图所示。要使圆心处的电场强度为零,可在圆周上再放一个带适当电荷量的点电荷,则该点电荷( )
A.可放在C点,带电荷量为-q
B.可放在D点,带电荷量为-q
C.可放在A点,带电荷量为2q
D.可放在D点,带电荷量为-2q
解析两个点电荷在O点产生的电场强度大小都为E=k,利用几何知识可知两个电场强度的方向成120°角,根据平行四边形定则,合电场强度大小为E'=E=k,方向水平向右,则需要放的点电荷在O点产生的电场强度大小应为k,方向水平向左,所以该点电荷若在D点,带电荷量应为+q;若在C点,带电荷量应为-q,选项A正确,选项B、C、D错误。
答案A
3.下列选项中的各圆环大小相同,所带电荷量已在图中标出,且电荷均匀分布,各圆环间彼此绝缘。坐标原点O处电场强度最大的是( )
解析A.坐标原点O处电场强度是带电圆环产生的;B.坐标原点O处电场强度是第一象限带正电圆环和第二象限带负电圆环叠加产生,坐标原点O处电场强度大小大于带电圆环产生的电场;C.第一象限带正电圆环和第三象限带正电圆环产生电场相互抵消,所以坐标原点O处电场强度是带电圆环产生的;D.第一象限带正电圆环和第三象限带正电圆环产生电场相互抵消,第二象限带负电圆环和第四象限带负电圆环产生电场相互抵消,所以坐标原点O处电场强度为零。由上分析知坐标原点O处电场强度最大的是B。
答案B
4.
如图所示,A为带正电且电荷量为Q的金属板,沿金属板的垂直平分线,在距板r处用绝缘细线悬挂一质量为m、带正电且电荷量为q的小球,小球受水平向右的静电力偏转θ角而静止,试求小球所在处的电场强度。(小球半径可忽略)
解析分析小球受力可知,F电=mgtan θ
所以小球所在处的电场强度E=,
小球带正电荷,因此电场强度方向水平向右。
答案,方向水平向右
