10.如图10所示,在光滑绝缘水平面上,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B.A球的带电量为+2q,B球的带电量为-3q,两球组成一带电系统.虚线MN与PQ平行且相距3L,开始时A和B分别静止于虚线MN的两侧,虚线MN恰为AB两球连线的垂直平分线.若视小球为质点,不计轻杆的质量,在虚线MN、PQ间加上水平向右的电场强度为E的匀强电场后,系统开始运动.试求:
图10
(1)B球刚进入电场时,带电系统的速度大小;
(2)带电系统向右运动的最大距离和此过程中B球电势能的变化量.
答案 (1) (2)L 4qEL
解析 (1)设B球刚进入电场时带电系统的速度为v1,由动能定理得2qEL=×2mv
解得:v1=
(2)带电系统向右运动分为三段:B球进入电场前、带电系统在电场中、A球出电场后.
设A球出电场后移动的最大位移为x,对于全过程,由动能定理得2qEL-qEL-3qEx=0
解得x=,则B球移动的总位移为xB=L
B球从刚进入电场到带电系统向右运动到最大距离时的位移为L
其电势能的变化量为
ΔEp=-W=3qE·L=4qEL
9.如图9(a)所示,两个平行金属板P、Q竖直放置,两板间加上如图(b)所示的电压.t=0时,Q板比P板电势高5 V,此时在两板的正中央M点有一个电子,速度为零,电子在电场力作用下运动,使得电子的位置和速度随时间变化.假设电子始终未与两板相碰.在0<t<8×10-10 s的时间内,这个电子处于M点的右侧,速度方向向左且大小逐渐减小的时间是 ( )
图9
A.0<t<2×10-10 s
B.2×10-10 s<t<4×10-10 s
C.4×10-10 s<t<6×10-10 s
D.6×10-10 s<t<8×10-10 s
答案 D
解析 选向右为正方向,根据题图(b)作出粒子运动的v-t图象如图所示.由图象可知正确选项为D.
8.如图8所示,在xOy坐标系中以O为中心的椭圆上,有a、b、c、d、e五点,其中a、b、c、d为椭圆与坐标轴的交点.现在椭圆的一个焦点O1固定一正点电荷,另一正试探电荷仅在电场力作用下的运动轨迹如图中虚线所示,下列说法正确的是 ( )
图8
A.a、c两点的电场强度相同
B.d点的电势小于b点的电势
C.正试探电荷沿虚线运动过程中在b点的动能大于在e点的动能
D.若将正试探电荷由a沿椭圆经be移动到c,电场力先做负功后做正功,但总功为零
答案 C
解析 由正点电荷电场线的分布及电场线方向与电势变化的关系可知,a、c两点的场强大小相等,但方向不同,b点电势小于d点电势.正试探电荷由b点到e点的运动过程中,由W1=q(φb-φe)可知,电场力(合力)做负功,动能减小,A、B错误,C正确;若将正试探电荷由a沿椭圆经be移动到c,由W2=q(φa-φc)可知,过b点之前电场力做正功,过b点之后电场力做负功,整个运动过程中,电场力的总功为零,D错误.
7.如图7所示,一个带电粒子从粒子源飘入(初速度很小,可忽略不计)电压为U1的加速电场,经加速后从小孔S沿平行金属板A、B的中线射入,A、B板长为L,相距为d,电压为U2.则带电粒子能从A、B板间飞出应该满足的条件是 ( )
图7
A.< B.<
C.< D.<
答案 C
解析 根据qU1=mv2,再根据t=和y=at2=··()2,由题意知,y<d,解得<,故C正确.
6.如图6所示,在竖直平面内有一匀强电场,其方向与水平方向成α=30°斜向右上,在电场中有一质量为m、电量为q的带电小球,用长为L的不可伸长的绝缘细线挂于O点,当小球静止于M点时,细线恰好水平.现用外力将小球拉到最低点P,然后无初速度释放,则以下判断正确的是 ( )
图6
A.小球再次到达M点时,速度刚好为零
B.小球从P到M过程中,合外力对它做了mgL的功
C.小球从P到M过程中,小球的机械能增加了mgL
D.如果小球运动到M点时,细线突然断裂,小球以后将做匀变速曲线运动
答案 BD
解析 小球从P到M的过程中,线的拉力不做功,只有电场力和小球重力做功,它们的合力也是恒力,大小为mg,方向水平向右,所以小球再次到达M点时,速度最大,而不是零,选项A错.小球从P到M过程中,电场力与重力的合力大小为mg,这个方向上位移为L,所以做功为mgL,选项B正确.小球从P到M过程中,机械能的增加量等于电场力做的功,由于电场力为2mg,由P到M沿电场线方向的距离为d=Lsin 30°+Lcos 30°=(1+),故电场力做功为2mg·d=mgL(1+),故选项C错误.如果小球运动到M点时,细线突然断裂,小球的速度方向竖直向上,所受合外力水平向右,小球将做匀变速曲线运动,选项D正确.
5.如图5所示,P、Q处固定放置两等量异种电荷,b、c、O在P、Q的连线上,e、O为两点电荷连线的中垂线上的点,且ab=eO,bc=cO,ab⊥bO,ae⊥eO,则 ( )
图5
A.a点电势等于b点电势
B.b点场强大于e点场强
C.电子在a点的电势能大于电子在O点的电势能
D.b、c间电势差大于c、O间电势差
答案 BD
解析 等量异种点电荷周围的电场线分布情况如图所示,a点
和b点不在同一个等势面上,电势不相等,选项A错误;根据
电场线的疏密情况,可得b点的场强大于e点的场强,选项B
正确;a点的电势大于零,O点的电势等于零,电子带负电,
在高电势处电势能小,选项C错误;b、c间的电场线比c、O间的电场线密,场强大,
电势降低得快,所以b、c间的电势差大于c、O间的电势差,选项D正确.
4.某区域的电场线分布如图4所示,其中间一根电场线是直线,一带正电的粒子从直线上的O点由静止开始在电场力作用下运动到A点,取O点为坐标原点,沿直线向右为x轴正方向,粒子的重力忽略不计.在O到A运动过程中,下列关于粒子的运动速度v和加速度a随时间t的变化、粒子的动能Ek和运动径迹上电势φ随位移x的变化图线可能正确的是 ( )
图4
答案 B
解析 带正电的粒子从O点向A点运动过程中,电场线先变疏再变密,电场强度先变小,后变大,故电场力和粒子的加速度也是先变小,后变大,选项B正确;粒子从O向A运动,一直加速,但加速度先变小,后变大,其速度—时间图象的斜率也应是先变小,后变大,选项A错误;从O到A,电场强度先变小,后变大,单位长度上的电势降落也应是先变小,后变大,选项C错误;根据Ek=mv2=Fx,Ek-x图象的斜率为力F,从O到A,粒子所受的电场力先变小,后变大,故Ek-x图象的斜率也应是先变小,后变大,选项D错误.
3.如图3所示,在O点处放置一点电荷+Q,a、b、c、d、e、f是以O点为球心的球面上的点,aecf平面与bedf平面垂直,则下列说法中正确的是 ( )
图3
A.b、d两点的电场强度相同
B.a、f两点的电势相等
C.点电荷+q在球面上任意两点之间移动时,电场力要做功
D.图中Oa两点之间的电势差与Ob两点之间的电势差不同
答案 B
解析 b、d两点场强大小相等,方向不同,A错误;整个球面为一等势面,电场力做功为0,C、D错误,B正确.
2.两异种点电荷电场中的部分等势面如图2所示,已知A点电势高于B点电势.若位于a、b处点电荷的电荷量大小分别为qa和qb,则 ( )
图2
A.a处为正电荷,qa<qb
B.a处为正电荷,qa>qb
C.a处为负电荷,qa<qb
D.a处为负电荷,qa>qb
答案 B
解析 根据A点电势高于B点电势可知,a处为正电荷,qa>qb,选项B正确.
1.P、Q两电荷形成的电场的电场线分布如图1所示,a、b、c、d为电场中的四个点.一个离子从a运动到b(不计重力),轨迹如图中虚线所示.则下列判断正确的是 ( )
图1
A.离子带正电
B.c点电势高于d点电势
C.离子在a点时的加速度大于在b点时的加速度
D.离子在a点时的电势能大于在b点时的电势能
答案 BC
解析 根据图中电场线方向可以判断出,P电荷带正电,Q电荷带负电,由做曲线运动的物体受到的合力指向曲线的内侧,可以判断离子从a运动到b,受到的电场力与电场线方向相反,离子带负电,选项A错误;沿着电场线方向电势降低,c点电势高于d点电势,选项B正确;a点的电场线比b点的电场线密,所以离子在a点受到的电场力大于在b点受到的电场力,则离子在a点的加速度大于在b点的加速度,选项C正确;离子从a点运动到b点,电场力做负功,电势能增大,在a点时的电势能小于在b点时的电势能,选项D错误.
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