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高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势多媒体教学ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势多媒体教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课时1电荷，课时2库仑定律，教材必备知识精练，知识点1点电荷，学科关键能力构建，知识点1电场，ABC，知识点4电场线，题型1合成法，题型2对称法等内容，欢迎下载使用。
知识点1 电荷 三种起电方式
1.[2022江苏省苏州中学月考]如果天气干燥,晚上脱毛衣时,会听到"噼啪"的响声,还会看到电火花,关于这种现象,下列说法正确的是( )A.是人身体上产生的电流造成的B.是接触起电造成的C.是摩擦起电造成的D.是感应起电造成的
2.[2022新疆新和县实验中学月考]如图所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支撑使它们彼此接触。现把一带负电荷的物体C置于A附近,贴在A、B下部的金属箔都张开,则下列说法正确的是( )A.此时A带负电,B带正电B.此时A带正电,B带正电C.移去C后,贴在A、B下部的金属箔仍都张开D.先把A和B分开,然后移去C后,贴在A、B下部的金属箔仍都张开
2.D 把一带负电荷的物体C置于A附近,由于静电感应,此时A带正电,B带负电,AB错误;移去C后,由于电荷间的相互作用,A、B所带电荷重新中和,整体呈电中性状态,两金属箔均闭合,C错误;先把A、B分开,则A带正电,B带负电,移去C后,电荷不能进行中和,两金属箔仍然张开,D正确。
知识点2 电荷守恒定律
3.[2022福建三明一中月考]如图所示,在用丝绸摩擦玻璃棒起电的过程中( )A.通过摩擦创造了电荷B.丝绸得到电子而带负电C.玻璃棒得到电子而带正电D.玻璃棒带正电,丝绸不带电
4.如图所示,左边是一个原先不带电的导体,右边C是后来靠近的带正电的导体球。若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,分为A、B两部分,设这两部分所带电荷量的大小分别为QA、QB,则下列结论正确的是( )A.若沿虚线c切开,A带负电,B带正电,且QA>QBB.只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且QA=QBC.若沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QA
知识点3 电荷量与元电荷
5.(多选)关于元电荷,下列说法正确的是( )A.所有带电体的电荷量大小一定等于元电荷的整数倍B.带电粒子的电荷量与其质量的比值叫该带电粒子的比荷C.元电荷实际上是指电子和质子本身D.元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的
5.ABD 所有带电体的电荷量大小一定等于元电荷的整数倍,选项A说法正确;由比荷的定义知选项B说法正确;元电荷是电荷量,不是指电子和质子本身,选项C说法错误;元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的,选项D说法正确。
1.关于点电荷,下列说法正确的是( )A.点电荷就是体积小的带电体B.球形带电体一定可以视为点电荷C.带电荷量少的带电体一定可以视为点电荷D.大小、形状及电荷分布状况对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷
知识点2 库仑定律
2.下列对库仑定律的理解正确的是( )A.库仑定律的公式和万有引力定律的公式在形式上很相似,所以库仑力和万有引力是相同性质的力B.库仑定律反映的是两个点电荷间的静电力,因此一定不能用于计算两个非点电荷带电体间的静电力C.由库仑定律知,当两个带电体之间的距离接近零时,它们之间的静电力无穷大D.微观带电粒子间的库仑力比万有引力要强得多,因此在研究微观带电粒子间的相互作用时,可以把万有引力忽略
2.D 库仑定律公式和万有引力定律的公式在形式上很相似,但库仑力和万有引力本质不同,是两种不同的相互作用,库仑力是电磁相互作用,万有引力是引力相互作用,故A错误;如果知道不能视为点电荷的带电体上的电荷分布,运用微元法也可以根据库仑定律求出带电体间的静电力,故B错误;两个带电体间的距离趋近于零时,带电体已经不能看成点电荷,不能直接套用库仑定律公式,故C错误;微观带电粒子间的库仑力比万有引力要强得多,因此在研究微观带电粒子间的相互作用时,可以把万有引力忽略,故D正确。
5.[2022广东省潮州市模拟考试]如图所示为某电子秤示意图。一绝缘支架放在电子秤上,上端固定一带电小球a,稳定后,电子秤示数为F。现将另一固定于绝缘手柄一端的不带电小球b与小球a充分接触后,再移至小球a正上方L处,待系统稳定后,电子秤示数为F1;用手摸小球b使其再次不带电,后将该不带电小球b与小球a再次充分接触并重新移至小球a正上方L处,电子秤示数为F2。若两小球完全相同,则( ) A.F1
专项1 库仑力作用下的平衡问题
题型1 多个点电荷的平衡问题
1.(多选)[2022河南郑州剑桥中学月考]如图所示,同一直线上的三个点电荷a、b、c恰好都处在平衡状态,除相互作用的静电力外不受其他外力作用。已知a、b间的距离是b、c间距离r的2倍,a、b、c所带电荷量的绝对值分别为q1、q2、q3。下列说法正确的是( )A.若a、c带正电,则b带负电B.若a、c带负电,则b带正电C.q1∶q2∶q3=36∶4∶9D.q1∶q2∶q3=9∶4∶36
题型2 涉及库仑力的动态平衡问题
3.(多选)[2022福建武平第一中学月考]如图所示,水平天花板下方固定一光滑小定滑轮O,在定滑轮的正下方C点处固定一带正电的点电荷,不带电的小球A与带正电的小球B通过跨过定滑轮的绝缘轻绳相连。开始时系统在图示位置静止,OB⊥BC。若B球所带的电荷量缓慢减少(未减为零),在B球到达O点正下方前(B球可视为处于平衡状态),下列说法正确的是( )A.A球的质量小于B球的质量B.此过程中A球保持静止状态C.此过程中点电荷对B球的库仑力逐渐增大D.此过程中滑轮受到轻绳的作用力逐渐减小
4.[2022山西翼城中学月考]竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘,小球A、B带同种电荷。现用水平向左的推力F作用于小球B上,两球分别静止在竖直墙面和水平地面上,如图所示。如果将小球B向左缓慢推动少许,当两球重新达到平衡时,与原来平衡状态相比较( )A.地面对小球B的支持力变大B.两小球之间的距离不变C.竖直墙面对小球A的弹力变小D.小球A的位置未必在原来位置的上方
5.[2022广东省汕头市模拟考试]如图所示,斜面体绝缘,侧壁固定有带电体P,斜面上的物块B通过绝缘细绳跨过斜面顶端的光滑小定滑轮O与带电小球A连接,系统处于静止状态。现因侧壁绝缘性能变差而引起带电体P缓慢漏电(未漏完),漏电过程中物块B保持静止,则此过程中( )A.细绳对物块B的拉力保持不变B.带电体P对小球A的库仑力逐渐增大C.斜面对物块B的摩擦力可能一直增大D.斜面对物块B的摩擦力可能先减小后增大
课时3 电场 电场强度
1.(多选)关于电场,下列说法正确的是( )A.电荷周围一定存在着电场B.电场是一种物质,它与其他物质一样,不依赖我们的感觉而客观存在C.电荷间的相互作用是通过电场而产生的,电场最基本的性质是对放在其中的电荷有力的作用D.电场只能存在于真空中和空气中,不可能存在于物体中
知识点2 电场强度
3.A为已知电场中的一固定点,在A点放一电荷量为q的试探电荷B,B所受电场力为F,A点的场强为E,则( )A.若在A点换上电荷量为-q的试探电荷,A点场强方向发生变化B.若在A点换上电荷量为2q的试探电荷,A点的场强将变为2EC.若移去电荷B,A点的场强变为零D.A点场强的大小、方向与试探电荷的有无及电荷量的大小、正负均无关
知识点3 电场强度的叠加
4.如图所示的真空空间中,仅在正方体的黑点处存在着电荷量大小相等的点电荷,则图中a、b两点电场强度相同的是 ( )
5.下列情况中,A、B两点的电场强度相同的是( )A.与孤立正点电荷距离相等的A、B两点B.与孤立负点电荷距离相等的A、B两点C.两个等量异种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的A、B两点D.两个等量同种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的A、B两点
5.C 无论是孤立正点电荷还是负点电荷,它们形成的电场都是从某一点向四周呈发射状的,因此在此种电场中与电荷距离相等的点,电场强度大小相等,但是方向不同,选项AB错误;根据电场强度的叠加知,在两个等量异种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的点的电场强度相同,选项C正确;根据电场强度的叠加知两个等量同种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的点的电场强度大小相等,方向相反,则场强不相同,选项D错误。
8.以下关于电场和电场线的说法正确的是( )A.电场线是实际存在的,用来表示电场的强弱和方向B.带电粒子在电场中所受电场力的方向就是场强的方向C.在同一个图里,电场线越密的地方电场强度越大,电场线越稀疏的地方电场强度越小D.沿电场线方向,电场强度逐渐减小
8.C 电场线是人为假想的线,不是真实存在的,故A错误;在电场中正电荷所受电场力的方向与场强方向相同,负电荷所受电场力的方向与场强方向相反,故B错误;电场线的疏密表示电场的强弱,在同一个图里,电场线越密的地方电场强度越大,电场线越稀疏的地方电场强度越小,故C正确;沿电场线方向电场强度不一定减小,故D错误。
9.如图为两个点电荷在真空中所产生电场的电场线(方向未标出)。图中C点为两点电荷连线的中点,MN为两点电荷连线的中垂线,D为中垂线上的一点,电场线的分布关于MN左右对称。则下列说法正确的是( )A.这两点电荷一定是等量异种电荷B.这两点电荷一定是等量同种电荷C.C、D两点的电场强度一定相等D.C点的电场强度比D点的电场强度小
9.A 根据电场线的特点:电场线从正电荷出发到负电荷终止,可知这两个电荷为等量异种电荷,故A正确,B错误;在两等量异种电荷连线的中垂线上,C点处电场线最密,电场强度最大,所以C点的电场强度比D点的电场强度大,故CD错误。
10.带有等量异种电荷的一对平行金属板,如果两极板间距不是足够近或者两极板面积不是足够大,即使在两极板之间,电场线也不是彼此平行的直线,而是如图所示的曲线,关于这种电场,下列说法正确的是 ( )A.这种电场的电场线虽然是曲线,但是电场线的分布却是左右对称的,很有规律性,两板之间的电场,除边缘部分外,可以看作匀强电场B.电场内部A点的电场强度小于B点的电场强度C.电场内部A点的电场强度等于B点的电场强度D.若将一正电荷从电场中的A点由静止释放,它将沿着电场线方向运动到负极板
10.D 由于题图中平行金属板形成的电场除边缘外的电场线也不是等间距的平行直线,所以不能看作匀强电场,选项A错误;从电场线分布看,A点的电场线比B点密,所以A点的电场强度大于B点的电场强度,选项BC错误;A、B两点所在的电场线为一条直线,电荷受力方向沿着这条直线,将一正电荷从电场中的A点由静止释放,它将沿着电场线方向运动到负极板,选项D正确。
1.如图所示是电场中某区域的电场线分布图,A是电场中的一点,下列判断正确的是( )A.A点的电场强度方向向左B.A点的电场强度方向向右C.负点电荷在A点受到的电场力的方向向右D.正点电荷受到的电场力沿电场线方向减小
1.B 由题图可知,电场线的方向向右,所以A点的电场强度方向向右,故A错误,B正确;A点的电场强度方向向右,负电荷受到的电场力的方向与场强的方向相反,是向左,故C错误;由电场线的分布可知,此电场为匀强电场,则正点电荷受到的电场力沿电场线方向不变,D错误。
3.两个等量点电荷形成的电场中,以两点电荷连线中点为坐标原点,某一方向为x轴,描绘出x轴上的电场强度E的大小与x的关系图像,下列判断正确的是( ) A.若以两点电荷连线为x轴,关系图像如图甲所示,则电场是由两个等量异种点电荷形成的B.若以两点电荷连线的中垂线为x轴,关系图像如图甲所示,则电场是由两个等量异种点电荷形成的C.若以两点电荷连线为x轴,关系图像如图乙所示,则电场是由两个等量同种点电荷形成的D.若以两点电荷连线的中垂线为x轴,关系图像如图甲所示,则电场是由两个等量同种点电荷形成的
3.B 由电场叠加可知,两个等量异种点电荷形成的电场,若以两点电荷连线为x轴,在两点电荷连线中点的场强不为零,连线中点的场强在两点电荷连线上最小,故A错误;两个等量异种点电荷形成的电场,若以两点电荷连线的中垂线为x轴,在中垂线上两点电荷连线中点处场强最大,且从连线中点沿中垂线向两边一直减小,故B正确;两个等量同种点电荷形成的电场,以两点电荷连线为x轴,在两点电荷连线中点处场强为零,从连线中点向两边场强先逐渐增大到无穷大,再由无穷大逐渐减小,故C错误;两个等量同种点电荷形成的电场,以两点电荷连线的中垂线为x轴,在两点电荷连线的中垂线上从连线中点向两边场强先增大后减小,故D错误。
4.一正电荷从电场中A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的速度-时间图像如图所示,则A、B所在区域的电场线分布情况可能是下列选项中的( )
4.D 由题中v-t图像可知,正电荷做加速度逐渐增大的加速运动,因此该正电荷所受电场力越来越大,电场强度越来越大。电场线密的地方电场强度大,且正电荷的受力方向与电场方向相同,故选项ABC错误,D正确。
5.两点电荷形成的电场的电场线分布如图所示,A、B是电场线上的两点,下列判断正确的是( )A.A、B两点的电场强度大小不等,方向相同B.A、B两点的电场强度大小相等,方向不同C.左边电荷带负电,右边电荷带正电D.两电荷所带电荷量相等
5.C 电场线从正电荷出发,到负电荷终止,电场线的疏密程度表示电场的强弱,电场线的切线方向表示电场的方向,A、B两点的电场强度大小不相等,方向也不相同,AB错误,C正确;电场线分布关于两电荷连线的中垂线不对称,两电荷所带电荷量不相等,D错误。
6.(多选)如图所示,在等量负点电荷连线的中垂线上取A、B、C、D四点,B、D关于O点对称,关于这几点的场强大小关系,正确的是( )A.EA>EB,EB=EDB.EA
8.[2022福建龙岩市期末考试]如图所示,实线为未标明方向的电场线,虚线为一带正电粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,E、F是轨迹上的两点。下列说法正确的是( )A.F点的电场强度为零B.E点的电场强度比F点的大C.E点的电场强度方向由N指向MD.带电粒子在E点受到的电场力方向由M指向N
8.D 电场线的疏密可以表示电场强度的大小,所以F点的场强大于E点的场强,故AB错误;由运动轨迹可以看出,带正电粒子在E点受到的电场力方向由M指向N,所以E点的电场强度方向由M指向N,故C错误,D正确。
9.(多选)如图所示,两个等量同种点电荷分别固定于A、B两点。一个带电粒子由静止释放,仅受电场力作用,沿着AB中垂线从C点运动到D点(C、D是关于AB对称的两点)。下列关于粒子运动的v-t图像可能正确的是( )A BC D
9.CD AB中点电场强度为零,从C点到D点,电场强度可能先变小后变大,则带电粒子先做加速度逐渐减小的加速运动,然后做加速度逐渐增大的减速运动,C对;电场强度也可能先变大再变小,再变大再变小,则带电粒子先做加速度先变大再变小的加速运动,之后做加速度先变大后变小的减速运动,D对;由上分析可知AB错。
10.悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个质量为m、带电荷量为-q的小球,若在空间加一匀强电场,则小球静止时细线与竖直方向的夹角为θ,如图所示。重力加速度为g。(1)求所加匀强电场的场强最小值及其方向;(2)若在某时刻突然撤去电场,当小球运动到最低点时,求小球对细线的拉力大小。
专项2 求解电场强度的几种常见方法
易错点1 相吸未必是异种电荷
1.(多选)如图所示,挂在绝缘细线下的小轻质通草球,由于电荷的相互作用而靠近或远离,所以( )A.图甲中两球一定带异种电荷B.图乙中两球一定带同种电荷C.图甲中两球至少有一个带电D.图乙中两球只有一个带电
1.BC 同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。带电物体能吸引轻小物体,而题图甲中两小球互相吸引,所以两球可能带异种电荷,也可能只有其中一个小球带电,另一个小球不带电,题图乙中两球互相排斥,必带同种电荷。故选项BC正确。
易错点2 对库仑定律的使用条件理解不透造成错解
易错点3 对电场线认识不透彻造成错解
3.如图所示是点电荷电场中的一条电场线,下列说法正确的是( )A.A点场强一定大于B点场强B.在B点静止释放一个电子,电子一定向A点运动C.点电荷一定带正电D.正电荷运动中通过A点时,其运动方向一定沿AB方向
3.B 电场线密的地方电场强度大,电场线疏的地方电场强度小,由于只有一条电场线,不能判断电场线的疏密情况,所以不能判断场强的大小,A错误;由题图可知B处电场的方向向右,在B点由静止释放一个电子时,电子的受力方向向左,所以电子一定向A点运动,B正确;仅有一条电场线,无法确定点电荷的电性,所以C错误;虽然正电荷受到的电场力一定是沿着电场线方向的,但是正电荷有速度的话,其运动方向可以向任何一个方向,所以D错误。
疑难点 静电场中的力电综合问题
1.如图所示,有两根光滑绝缘杆,它们可在同一竖直平面内绕O点无摩擦转动。两杆上各穿有质量为m,带电荷量分别为q1、q2的小球A、B。两杆与水平面的夹角都为θ时,两小球在同一水平面上且处于平衡状态,此时它们到O点的距离均为l。小球到O点的距离l最小时θ等于( )A.37°B.45°C.60°D.75°
3.[2022安徽省芜湖市期末考试]如图所示,质量均为m、带等量异种电荷的A、B两个小球放在光滑绝缘的固定斜面上,给B球施加沿斜面向上、大小为F=2mg(g为重力加速度)的拉力,结果A、B两球以相同的加速度向上做匀加速运动,且两球保持相对静止,两球间的距离为L,小球大小忽略不计,斜面的倾角θ=30°,静电力常量为k。求:(1)两球一起向上做匀加速运动的加速度大小;(2)A球所带的电荷量。
4.[2022广东省珠海一中期末考试]如图所示,在一绝缘支架上固定着一个带正电荷的小球A,A通过一长度为L=0.3 m的绝缘细线连着另一个带负电荷的小球B,小球B的质量为0.1 kg,电荷量为1.0×10-6 C。现将小球B缓缓拉离竖直位置,当线与竖直方向的夹角为60°时,将其由静止释放,已知释放瞬间线刚好伸直,但无拉力,之后小球B在竖直面内摆动。两小球均可视为质点,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,g取10 m/s2。求:(1)小球A的电荷量;(2)小球B经过最低点时细线的拉力FT的大小。
课时4 静电的防止与利用
知识点1 静电平衡
1.(多选)如图所示,一个不带电的导体P正在向带正电的小球Q缓慢靠近,但不接触,也没有发生放电现象,C、B是导体P左、右两端内的点,则下列说法正确的是( )A.导体P右端的感应电荷为正电荷B.导体内场强越来越大C.感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强D.用手摸一下导体P的左端可使导体P带正电
1.AC 导体P处在带正电的小球Q产生的电场中,由于静电感应,导体的右端感应出正电荷,导体的左端感应出负电荷,故A正确;处于静电平衡状态的导体内场强为0,故B错误;C点和B点的场强等于导体上的感应电荷和带正电的小球Q产生的场强的叠加,并且为0,带正电的小球Q在C点产生的场强大于在B点产生的场强,所以导体上的感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强,故C正确;用手摸导体P的左端时,相当于用导线将导体P与大地相连,因静电感应,电子流入导体P,最终导体P带负电,故D错误。
知识点2 尖端放电
3.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置,则有关放电的论述正确的是( ) A.A容易放电B.B容易放电C.A、B一起放电D.A、B之间放电
3.A 由题图知,A为尖头、B为圆头。当金属板M、N接在高压电源上时,因末端越尖越容易放电,故A容易放电,选项A正确。
4.在高大的建筑物上安装避雷针的目的是( )A.通过尖端放电中和云层中的电荷B.避免放电现象的发生C.直接导走云层中的电荷D.增加电荷在建筑物上的积累
4.A 避雷针利用了尖端放电的原理,在发生雷电时,避雷针上产生的感应电荷通过尖端放电,中和了云层中的电荷,可以使建筑物免遭雷击,故A正确,BCD错误。
知识点3 静电屏蔽
5.(多选)如图所示,电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业,电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服,屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装,下列说法正确的是( )A.采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破B.采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽C.电工穿上屏蔽服后,体内场强为零D.屏蔽服中的金属网不能起到屏蔽作用
5.BC 屏蔽服的作用是在穿上后,使处于高压电场中的人体内电场强度处处为零,从而使人体免受高压电场及电磁波的危害,可知BC正确,AD错误。
6.将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的固定金属空心球C内(不接触),另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示,则( )A.A向左偏离竖直方向,B向右偏离竖直方向B.A的位置不变,B向右偏离竖直方向C.A向左偏离竖直方向,B的位置不变D.A和B的位置都不变
6.B A在空心金属球内,由于静电感应,使得C的外表面带正电,B、C相互吸引,所以B向右偏;C可以屏蔽外部电场,所以B 的电荷及C的电荷对C的空腔无影响,所以A位置不变,B正确,ACD错误。
7.(多选)如图所示,金属球壳A带有正电,其上方有一小孔a,静电计B的金属球b用导线与金属小球c相连,以下操作所发生的现象正确的是( )A.将c移近A,但不与A接触,B会张开一定角度B.将c与A外表面接触后移开A,B不会张开C.将c与A内表面接触时,B会张开一定角度D.将c从导线上解下,然后用绝缘细绳吊着从小孔a放入A内,并与其内壁接触,再提出空腔,与b接触,B会张开一定角度
7.AC 将c移近A的过程中,由于静电感应,金属小球c感应出负电荷,静电计指针上感应出正电荷,B会张开一定角度,选项A正确;将c与A外表面接触后移开A,由于接触使静电计带电,B会张开一定角度,选项B错误;将c与A内表面接触,静电平衡后,电荷只分布在导体外表面,静电计可视为导体外表面,静电计B会张开一定角度,选项C正确;将c从导线上解下,然后用绝缘细绳吊着从小孔a放入A内,并与其内壁接触,由于空腔导体内部没有电荷,再提出空腔,与b接触,B不会张开,选项D错误。
知识点4 静电吸附
8.(多选)如图是静电除尘装置示意图,装置的外壁连到高压电源的正极,中间的金属丝连到负极。将混浊气体通入该装置时,气体中的粉尘会不断向筒壁积累,最后在重力作用下坠落到筒底。在用该装置除尘的过程中,下列说法正确的有( ) A.粉尘由于吸附作用而带上正电荷B.粉尘由于吸附了电子而带上负电荷C.带电粉尘在静电力作用下飞向筒壁D.筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场
8.BCD 装置的外壁连到高压电源的正极,中间的金属丝连到负极,粉尘向正极运动,可知粉尘吸附电子后带负电荷,故A错误,B正确;筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场,粉尘向正极运动,可知粉尘是在静电力作用下飞向筒壁,故CD正确。
9.静电喷涂时,喷枪喷出的涂料微粒带电,在带正电被喷工件的静电作用下,向被喷工件运动,最后吸附在其表面。在涂料微粒向工件靠近的过程中( )A.涂料微粒带正电B.离工件越近涂料微粒所受库仑力越小C.电场力对涂料微粒做负功D.涂料微粒的动能增大
9.D 由题图知,工件带正电,涂料微粒在静电力作用下向工件靠近,可知涂料微粒带负电,A错误;离工件越近,涂料微粒所受库仑力越大,B错误;涂料微粒在静电力作用下向工件运动,则电场力对涂料微粒做正功,其动能增大,C错误,D正确。
10.[2022广东广雅中学期末考试]复印机的核心部件是有机光导体鼓,它是一个金属圆柱,表面被涂覆一层有机光导体OPC(没有光照时OPC是绝缘体,受到光照时变成导体)。如图所示,复印机的基本工作过程是:步骤(1)在位于暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,使有机光导体鼓均匀带上正电;步骤(2)把强光照到文件上,文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像,鼓上形成"静电潜像";步骤(3)鼓体转动经过墨粉盒,潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位;步骤(4)鼓体继续转动经过复印纸,带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上。以下说法正确的是( )A.步骤(1)中发生了静电感应现象B.步骤(2)中发生了局部导电现象C.步骤(3)中发生了静电平衡现象D.步骤(4)中发生了静电屏蔽现象
10.B 步骤(1)中在位于暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,使有机光导体鼓均匀带上正电的过程发生了电离现象,不是静电感应现象,故A错误;步骤(2)中文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像,有机光导体OPC受到光照时变成导体,鼓上形成"静电潜像",发生了局部导电现象,故B正确;步骤(3)中潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位属于静电吸附,不是静电平衡,故C错误;步骤(4)中带电复印纸将墨粉吸引到复印纸上,属于静电吸附,不是静电屏蔽,故D错误。
学科核心素养是学生通过学科学习而逐渐形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。本章通过对库仑定律的探索学习,理解静电相互作用的内在规律;通过点电荷及电场线等物理模型的建立,理解物理模型的抽象概括过程;通过静电屏蔽的讲解,认识科学与技术应用的关系。试题主要是点电荷的电场、电场的叠加和库仑定律的新情境应用。
1.(多选)如图所示,A、B是被绝缘支架分别架起的两金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则下列说法正确的是( )A.金属球B带负电B.金属球B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则两边的电荷量大小可能不等D.只要A与B不接触,B的总电荷量总是为零
1.BD 由于静电感应,B的左端感应出负电荷,右端出现正电荷,电荷量的大小相等,故A错误,BD正确;若A不动,将B沿题图中虚线分开,则两边的电荷量大小相等,故C错误。
2.(多选)如图所示,滚筒式静电分选器由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G等部件组成,C与G分别接于直流高压电源的正、负极上,并令C接地。电源电压很高,足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子,现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落,沿导板B到达转动的滚筒C上,粉粒a具有良好的导电性,粉粒b具有良好的绝缘性。下列说法正确的是( )A.粉粒a落入料槽F,粉粒b落入料槽EB.粉粒b落入料槽F,粉粒a落入料槽EC.若滚筒C不接地而放电针G接地,从工作原理上看,这是不允许的D.若滚筒C不接地而放电针G接地,从工作实用角度看,这是不允许的
2.AD 粉粒a和b在空中都带电,但a为导体,电荷会传给滚筒,而不带电;b绝缘性好,故一直带电,因此碰到D后才下落,A正确,B错误。C必须接地,否则会使操作工人触电,C错误,D正确。
3.有两个带有等量异种电荷的小球,用绝缘细线相连后悬起,并置于水平向右的匀强电场中,当两小球都受力平衡时其位置可能是下图中的( )
3.A 以两小球整体为研究对象,受到竖直向下的重力、水平方向的电场力和细线的拉力而平衡,由于水平方向的电场力刚好平衡,所以拉力一定与重力平衡,方向竖直向上,即上段细线处于竖直方向上,只有选项A可能正确。
考点1 库仑定律的综合应用
3.[2011重庆理综·19,6分]如图所示,电荷量为+q和-q的点电荷分别位于正方体的顶点,正方体范围内电场强度为零的点有( )A.体中心、各面中心和各边中点B.体中心和各边中点C.各面中心和各边中点D.体中心和各面中心
3.D 两个等量同种电荷在其连线的中点处的合场强为零,两个等量同种正电荷在其连线的中垂线上的合场强沿中垂线指向远离连线中点的方向,两个等量同种负电荷在其连线的中垂线上的合场强沿中垂线指向连线中点。在正方体的上面中心处,上面的四个电荷分成两组,产生的电场强度都是零,下面的四个电荷分成两组,产生的电场强度等大反向,所以正方体的上面中心处的合场强为零,同理所有各面中心处的合场强都为零。在体中心,可以将八个电荷分成四组,产生的合场强为零。而在各边中心,电场强度无法抵消,合场强不为零,故选D。
考点3 静电力作用下的平衡问题
6.[2019全国Ⅰ卷理综·15,6分]如图,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则( )A.P和Q都带正电荷B.P和Q都带负电荷C.P带正电荷,Q带负电荷D.P带负电荷,Q带正电荷
6.D 对P、Q整体进行受力分析可知,在水平方向上整体所受电场力为零,所以P、Q必带等量异种电荷,选项AB错误;对P进行受力分析可知,匀强电场对它的电场力应水平向左,与Q对它的库仑力平衡,所以P带负电荷,Q带正电荷,选项D正确,C错误。
知识点1 电荷 三种起电方式
1.[2022江苏省苏州中学月考]如果天气干燥,晚上脱毛衣时,会听到"噼啪"的响声,还会看到电火花,关于这种现象,下列说法正确的是( )A.是人身体上产生的电流造成的B.是接触起电造成的C.是摩擦起电造成的D.是感应起电造成的
2.[2022新疆新和县实验中学月考]如图所示,两个不带电的导体A和B,用一对绝缘柱支撑使它们彼此接触。现把一带负电荷的物体C置于A附近,贴在A、B下部的金属箔都张开,则下列说法正确的是( )A.此时A带负电,B带正电B.此时A带正电,B带正电C.移去C后,贴在A、B下部的金属箔仍都张开D.先把A和B分开,然后移去C后,贴在A、B下部的金属箔仍都张开
2.D 把一带负电荷的物体C置于A附近,由于静电感应,此时A带正电,B带负电,AB错误;移去C后,由于电荷间的相互作用,A、B所带电荷重新中和,整体呈电中性状态,两金属箔均闭合,C错误;先把A、B分开,则A带正电,B带负电,移去C后,电荷不能进行中和,两金属箔仍然张开,D正确。
知识点2 电荷守恒定律
3.[2022福建三明一中月考]如图所示,在用丝绸摩擦玻璃棒起电的过程中( )A.通过摩擦创造了电荷B.丝绸得到电子而带负电C.玻璃棒得到电子而带正电D.玻璃棒带正电,丝绸不带电
4.如图所示,左边是一个原先不带电的导体,右边C是后来靠近的带正电的导体球。若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,分为A、B两部分,设这两部分所带电荷量的大小分别为QA、QB,则下列结论正确的是( )A.若沿虚线c切开,A带负电,B带正电,且QA>QBB.只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且QA=QBC.若沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QA
知识点3 电荷量与元电荷
5.(多选)关于元电荷,下列说法正确的是( )A.所有带电体的电荷量大小一定等于元电荷的整数倍B.带电粒子的电荷量与其质量的比值叫该带电粒子的比荷C.元电荷实际上是指电子和质子本身D.元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的
5.ABD 所有带电体的电荷量大小一定等于元电荷的整数倍,选项A说法正确;由比荷的定义知选项B说法正确;元电荷是电荷量,不是指电子和质子本身,选项C说法错误;元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的,选项D说法正确。
1.关于点电荷,下列说法正确的是( )A.点电荷就是体积小的带电体B.球形带电体一定可以视为点电荷C.带电荷量少的带电体一定可以视为点电荷D.大小、形状及电荷分布状况对作用力的影响可忽略的带电体可以视为点电荷
知识点2 库仑定律
2.下列对库仑定律的理解正确的是( )A.库仑定律的公式和万有引力定律的公式在形式上很相似,所以库仑力和万有引力是相同性质的力B.库仑定律反映的是两个点电荷间的静电力,因此一定不能用于计算两个非点电荷带电体间的静电力C.由库仑定律知,当两个带电体之间的距离接近零时,它们之间的静电力无穷大D.微观带电粒子间的库仑力比万有引力要强得多,因此在研究微观带电粒子间的相互作用时,可以把万有引力忽略
2.D 库仑定律公式和万有引力定律的公式在形式上很相似,但库仑力和万有引力本质不同,是两种不同的相互作用,库仑力是电磁相互作用,万有引力是引力相互作用,故A错误;如果知道不能视为点电荷的带电体上的电荷分布,运用微元法也可以根据库仑定律求出带电体间的静电力,故B错误;两个带电体间的距离趋近于零时,带电体已经不能看成点电荷,不能直接套用库仑定律公式,故C错误;微观带电粒子间的库仑力比万有引力要强得多,因此在研究微观带电粒子间的相互作用时,可以把万有引力忽略,故D正确。
5.[2022广东省潮州市模拟考试]如图所示为某电子秤示意图。一绝缘支架放在电子秤上,上端固定一带电小球a,稳定后,电子秤示数为F。现将另一固定于绝缘手柄一端的不带电小球b与小球a充分接触后,再移至小球a正上方L处,待系统稳定后,电子秤示数为F1;用手摸小球b使其再次不带电,后将该不带电小球b与小球a再次充分接触并重新移至小球a正上方L处,电子秤示数为F2。若两小球完全相同,则( ) A.F1
专项1 库仑力作用下的平衡问题
题型1 多个点电荷的平衡问题
1.(多选)[2022河南郑州剑桥中学月考]如图所示,同一直线上的三个点电荷a、b、c恰好都处在平衡状态,除相互作用的静电力外不受其他外力作用。已知a、b间的距离是b、c间距离r的2倍,a、b、c所带电荷量的绝对值分别为q1、q2、q3。下列说法正确的是( )A.若a、c带正电,则b带负电B.若a、c带负电,则b带正电C.q1∶q2∶q3=36∶4∶9D.q1∶q2∶q3=9∶4∶36
题型2 涉及库仑力的动态平衡问题
3.(多选)[2022福建武平第一中学月考]如图所示,水平天花板下方固定一光滑小定滑轮O,在定滑轮的正下方C点处固定一带正电的点电荷,不带电的小球A与带正电的小球B通过跨过定滑轮的绝缘轻绳相连。开始时系统在图示位置静止,OB⊥BC。若B球所带的电荷量缓慢减少(未减为零),在B球到达O点正下方前(B球可视为处于平衡状态),下列说法正确的是( )A.A球的质量小于B球的质量B.此过程中A球保持静止状态C.此过程中点电荷对B球的库仑力逐渐增大D.此过程中滑轮受到轻绳的作用力逐渐减小
4.[2022山西翼城中学月考]竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘,小球A、B带同种电荷。现用水平向左的推力F作用于小球B上,两球分别静止在竖直墙面和水平地面上,如图所示。如果将小球B向左缓慢推动少许,当两球重新达到平衡时,与原来平衡状态相比较( )A.地面对小球B的支持力变大B.两小球之间的距离不变C.竖直墙面对小球A的弹力变小D.小球A的位置未必在原来位置的上方
5.[2022广东省汕头市模拟考试]如图所示,斜面体绝缘,侧壁固定有带电体P,斜面上的物块B通过绝缘细绳跨过斜面顶端的光滑小定滑轮O与带电小球A连接,系统处于静止状态。现因侧壁绝缘性能变差而引起带电体P缓慢漏电(未漏完),漏电过程中物块B保持静止,则此过程中( )A.细绳对物块B的拉力保持不变B.带电体P对小球A的库仑力逐渐增大C.斜面对物块B的摩擦力可能一直增大D.斜面对物块B的摩擦力可能先减小后增大
课时3 电场 电场强度
1.(多选)关于电场,下列说法正确的是( )A.电荷周围一定存在着电场B.电场是一种物质,它与其他物质一样,不依赖我们的感觉而客观存在C.电荷间的相互作用是通过电场而产生的,电场最基本的性质是对放在其中的电荷有力的作用D.电场只能存在于真空中和空气中,不可能存在于物体中
知识点2 电场强度
3.A为已知电场中的一固定点,在A点放一电荷量为q的试探电荷B,B所受电场力为F,A点的场强为E,则( )A.若在A点换上电荷量为-q的试探电荷,A点场强方向发生变化B.若在A点换上电荷量为2q的试探电荷,A点的场强将变为2EC.若移去电荷B,A点的场强变为零D.A点场强的大小、方向与试探电荷的有无及电荷量的大小、正负均无关
知识点3 电场强度的叠加
4.如图所示的真空空间中,仅在正方体的黑点处存在着电荷量大小相等的点电荷,则图中a、b两点电场强度相同的是 ( )
5.下列情况中,A、B两点的电场强度相同的是( )A.与孤立正点电荷距离相等的A、B两点B.与孤立负点电荷距离相等的A、B两点C.两个等量异种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的A、B两点D.两个等量同种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的A、B两点
5.C 无论是孤立正点电荷还是负点电荷,它们形成的电场都是从某一点向四周呈发射状的,因此在此种电场中与电荷距离相等的点,电场强度大小相等,但是方向不同,选项AB错误;根据电场强度的叠加知,在两个等量异种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的点的电场强度相同,选项C正确;根据电场强度的叠加知两个等量同种点电荷连线的中垂线上,与两点电荷的连线距离相等的点的电场强度大小相等,方向相反,则场强不相同,选项D错误。
8.以下关于电场和电场线的说法正确的是( )A.电场线是实际存在的,用来表示电场的强弱和方向B.带电粒子在电场中所受电场力的方向就是场强的方向C.在同一个图里,电场线越密的地方电场强度越大,电场线越稀疏的地方电场强度越小D.沿电场线方向,电场强度逐渐减小
8.C 电场线是人为假想的线,不是真实存在的,故A错误;在电场中正电荷所受电场力的方向与场强方向相同,负电荷所受电场力的方向与场强方向相反,故B错误;电场线的疏密表示电场的强弱,在同一个图里,电场线越密的地方电场强度越大,电场线越稀疏的地方电场强度越小,故C正确;沿电场线方向电场强度不一定减小,故D错误。
9.如图为两个点电荷在真空中所产生电场的电场线(方向未标出)。图中C点为两点电荷连线的中点,MN为两点电荷连线的中垂线,D为中垂线上的一点,电场线的分布关于MN左右对称。则下列说法正确的是( )A.这两点电荷一定是等量异种电荷B.这两点电荷一定是等量同种电荷C.C、D两点的电场强度一定相等D.C点的电场强度比D点的电场强度小
9.A 根据电场线的特点:电场线从正电荷出发到负电荷终止,可知这两个电荷为等量异种电荷,故A正确,B错误;在两等量异种电荷连线的中垂线上,C点处电场线最密,电场强度最大,所以C点的电场强度比D点的电场强度大,故CD错误。
10.带有等量异种电荷的一对平行金属板,如果两极板间距不是足够近或者两极板面积不是足够大,即使在两极板之间,电场线也不是彼此平行的直线,而是如图所示的曲线,关于这种电场,下列说法正确的是 ( )A.这种电场的电场线虽然是曲线,但是电场线的分布却是左右对称的,很有规律性,两板之间的电场,除边缘部分外,可以看作匀强电场B.电场内部A点的电场强度小于B点的电场强度C.电场内部A点的电场强度等于B点的电场强度D.若将一正电荷从电场中的A点由静止释放,它将沿着电场线方向运动到负极板
10.D 由于题图中平行金属板形成的电场除边缘外的电场线也不是等间距的平行直线,所以不能看作匀强电场,选项A错误;从电场线分布看,A点的电场线比B点密,所以A点的电场强度大于B点的电场强度,选项BC错误;A、B两点所在的电场线为一条直线,电荷受力方向沿着这条直线,将一正电荷从电场中的A点由静止释放,它将沿着电场线方向运动到负极板,选项D正确。
1.如图所示是电场中某区域的电场线分布图,A是电场中的一点,下列判断正确的是( )A.A点的电场强度方向向左B.A点的电场强度方向向右C.负点电荷在A点受到的电场力的方向向右D.正点电荷受到的电场力沿电场线方向减小
1.B 由题图可知,电场线的方向向右,所以A点的电场强度方向向右,故A错误,B正确;A点的电场强度方向向右,负电荷受到的电场力的方向与场强的方向相反,是向左,故C错误;由电场线的分布可知,此电场为匀强电场,则正点电荷受到的电场力沿电场线方向不变,D错误。
3.两个等量点电荷形成的电场中,以两点电荷连线中点为坐标原点,某一方向为x轴,描绘出x轴上的电场强度E的大小与x的关系图像,下列判断正确的是( ) A.若以两点电荷连线为x轴,关系图像如图甲所示,则电场是由两个等量异种点电荷形成的B.若以两点电荷连线的中垂线为x轴,关系图像如图甲所示,则电场是由两个等量异种点电荷形成的C.若以两点电荷连线为x轴,关系图像如图乙所示,则电场是由两个等量同种点电荷形成的D.若以两点电荷连线的中垂线为x轴,关系图像如图甲所示,则电场是由两个等量同种点电荷形成的
3.B 由电场叠加可知,两个等量异种点电荷形成的电场,若以两点电荷连线为x轴,在两点电荷连线中点的场强不为零,连线中点的场强在两点电荷连线上最小,故A错误;两个等量异种点电荷形成的电场,若以两点电荷连线的中垂线为x轴,在中垂线上两点电荷连线中点处场强最大,且从连线中点沿中垂线向两边一直减小,故B正确;两个等量同种点电荷形成的电场,以两点电荷连线为x轴,在两点电荷连线中点处场强为零,从连线中点向两边场强先逐渐增大到无穷大,再由无穷大逐渐减小,故C错误;两个等量同种点电荷形成的电场,以两点电荷连线的中垂线为x轴,在两点电荷连线的中垂线上从连线中点向两边场强先增大后减小,故D错误。
4.一正电荷从电场中A点由静止释放,只受电场力作用,沿电场线运动到B点,它运动的速度-时间图像如图所示,则A、B所在区域的电场线分布情况可能是下列选项中的( )
4.D 由题中v-t图像可知,正电荷做加速度逐渐增大的加速运动,因此该正电荷所受电场力越来越大,电场强度越来越大。电场线密的地方电场强度大,且正电荷的受力方向与电场方向相同,故选项ABC错误,D正确。
5.两点电荷形成的电场的电场线分布如图所示,A、B是电场线上的两点,下列判断正确的是( )A.A、B两点的电场强度大小不等,方向相同B.A、B两点的电场强度大小相等,方向不同C.左边电荷带负电,右边电荷带正电D.两电荷所带电荷量相等
5.C 电场线从正电荷出发,到负电荷终止,电场线的疏密程度表示电场的强弱,电场线的切线方向表示电场的方向,A、B两点的电场强度大小不相等,方向也不相同,AB错误,C正确;电场线分布关于两电荷连线的中垂线不对称,两电荷所带电荷量不相等,D错误。
6.(多选)如图所示,在等量负点电荷连线的中垂线上取A、B、C、D四点,B、D关于O点对称,关于这几点的场强大小关系,正确的是( )A.EA>EB,EB=EDB.EA
8.[2022福建龙岩市期末考试]如图所示,实线为未标明方向的电场线,虚线为一带正电粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,E、F是轨迹上的两点。下列说法正确的是( )A.F点的电场强度为零B.E点的电场强度比F点的大C.E点的电场强度方向由N指向MD.带电粒子在E点受到的电场力方向由M指向N
8.D 电场线的疏密可以表示电场强度的大小,所以F点的场强大于E点的场强,故AB错误;由运动轨迹可以看出,带正电粒子在E点受到的电场力方向由M指向N,所以E点的电场强度方向由M指向N,故C错误,D正确。
9.(多选)如图所示,两个等量同种点电荷分别固定于A、B两点。一个带电粒子由静止释放,仅受电场力作用,沿着AB中垂线从C点运动到D点(C、D是关于AB对称的两点)。下列关于粒子运动的v-t图像可能正确的是( )A BC D
9.CD AB中点电场强度为零,从C点到D点,电场强度可能先变小后变大,则带电粒子先做加速度逐渐减小的加速运动,然后做加速度逐渐增大的减速运动,C对;电场强度也可能先变大再变小,再变大再变小,则带电粒子先做加速度先变大再变小的加速运动,之后做加速度先变大后变小的减速运动,D对;由上分析可知AB错。
10.悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个质量为m、带电荷量为-q的小球,若在空间加一匀强电场,则小球静止时细线与竖直方向的夹角为θ,如图所示。重力加速度为g。(1)求所加匀强电场的场强最小值及其方向;(2)若在某时刻突然撤去电场,当小球运动到最低点时,求小球对细线的拉力大小。
专项2 求解电场强度的几种常见方法
易错点1 相吸未必是异种电荷
1.(多选)如图所示,挂在绝缘细线下的小轻质通草球,由于电荷的相互作用而靠近或远离,所以( )A.图甲中两球一定带异种电荷B.图乙中两球一定带同种电荷C.图甲中两球至少有一个带电D.图乙中两球只有一个带电
1.BC 同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。带电物体能吸引轻小物体,而题图甲中两小球互相吸引,所以两球可能带异种电荷,也可能只有其中一个小球带电,另一个小球不带电,题图乙中两球互相排斥,必带同种电荷。故选项BC正确。
易错点2 对库仑定律的使用条件理解不透造成错解
易错点3 对电场线认识不透彻造成错解
3.如图所示是点电荷电场中的一条电场线,下列说法正确的是( )A.A点场强一定大于B点场强B.在B点静止释放一个电子,电子一定向A点运动C.点电荷一定带正电D.正电荷运动中通过A点时,其运动方向一定沿AB方向
3.B 电场线密的地方电场强度大,电场线疏的地方电场强度小,由于只有一条电场线,不能判断电场线的疏密情况,所以不能判断场强的大小,A错误;由题图可知B处电场的方向向右,在B点由静止释放一个电子时,电子的受力方向向左,所以电子一定向A点运动,B正确;仅有一条电场线,无法确定点电荷的电性,所以C错误;虽然正电荷受到的电场力一定是沿着电场线方向的,但是正电荷有速度的话,其运动方向可以向任何一个方向,所以D错误。
疑难点 静电场中的力电综合问题
1.如图所示,有两根光滑绝缘杆,它们可在同一竖直平面内绕O点无摩擦转动。两杆上各穿有质量为m,带电荷量分别为q1、q2的小球A、B。两杆与水平面的夹角都为θ时,两小球在同一水平面上且处于平衡状态,此时它们到O点的距离均为l。小球到O点的距离l最小时θ等于( )A.37°B.45°C.60°D.75°
3.[2022安徽省芜湖市期末考试]如图所示,质量均为m、带等量异种电荷的A、B两个小球放在光滑绝缘的固定斜面上,给B球施加沿斜面向上、大小为F=2mg(g为重力加速度)的拉力,结果A、B两球以相同的加速度向上做匀加速运动,且两球保持相对静止,两球间的距离为L,小球大小忽略不计,斜面的倾角θ=30°,静电力常量为k。求:(1)两球一起向上做匀加速运动的加速度大小;(2)A球所带的电荷量。
4.[2022广东省珠海一中期末考试]如图所示,在一绝缘支架上固定着一个带正电荷的小球A,A通过一长度为L=0.3 m的绝缘细线连着另一个带负电荷的小球B,小球B的质量为0.1 kg,电荷量为1.0×10-6 C。现将小球B缓缓拉离竖直位置,当线与竖直方向的夹角为60°时,将其由静止释放,已知释放瞬间线刚好伸直,但无拉力,之后小球B在竖直面内摆动。两小球均可视为质点,静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,g取10 m/s2。求:(1)小球A的电荷量;(2)小球B经过最低点时细线的拉力FT的大小。
课时4 静电的防止与利用
知识点1 静电平衡
1.(多选)如图所示,一个不带电的导体P正在向带正电的小球Q缓慢靠近,但不接触,也没有发生放电现象,C、B是导体P左、右两端内的点,则下列说法正确的是( )A.导体P右端的感应电荷为正电荷B.导体内场强越来越大C.感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强D.用手摸一下导体P的左端可使导体P带正电
1.AC 导体P处在带正电的小球Q产生的电场中,由于静电感应,导体的右端感应出正电荷,导体的左端感应出负电荷,故A正确;处于静电平衡状态的导体内场强为0,故B错误;C点和B点的场强等于导体上的感应电荷和带正电的小球Q产生的场强的叠加,并且为0,带正电的小球Q在C点产生的场强大于在B点产生的场强,所以导体上的感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强,故C正确;用手摸导体P的左端时,相当于用导线将导体P与大地相连,因静电感应,电子流入导体P,最终导体P带负电,故D错误。
知识点2 尖端放电
3.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置,则有关放电的论述正确的是( ) A.A容易放电B.B容易放电C.A、B一起放电D.A、B之间放电
3.A 由题图知,A为尖头、B为圆头。当金属板M、N接在高压电源上时,因末端越尖越容易放电,故A容易放电,选项A正确。
4.在高大的建筑物上安装避雷针的目的是( )A.通过尖端放电中和云层中的电荷B.避免放电现象的发生C.直接导走云层中的电荷D.增加电荷在建筑物上的积累
4.A 避雷针利用了尖端放电的原理,在发生雷电时,避雷针上产生的感应电荷通过尖端放电,中和了云层中的电荷,可以使建筑物免遭雷击,故A正确,BCD错误。
知识点3 静电屏蔽
5.(多选)如图所示,电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业,电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服,屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装,下列说法正确的是( )A.采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破B.采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽C.电工穿上屏蔽服后,体内场强为零D.屏蔽服中的金属网不能起到屏蔽作用
5.BC 屏蔽服的作用是在穿上后,使处于高压电场中的人体内电场强度处处为零,从而使人体免受高压电场及电磁波的危害,可知BC正确,AD错误。
6.将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的固定金属空心球C内(不接触),另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近,如图所示,则( )A.A向左偏离竖直方向,B向右偏离竖直方向B.A的位置不变,B向右偏离竖直方向C.A向左偏离竖直方向,B的位置不变D.A和B的位置都不变
6.B A在空心金属球内,由于静电感应,使得C的外表面带正电,B、C相互吸引,所以B向右偏;C可以屏蔽外部电场,所以B 的电荷及C的电荷对C的空腔无影响,所以A位置不变,B正确,ACD错误。
7.(多选)如图所示,金属球壳A带有正电,其上方有一小孔a,静电计B的金属球b用导线与金属小球c相连,以下操作所发生的现象正确的是( )A.将c移近A,但不与A接触,B会张开一定角度B.将c与A外表面接触后移开A,B不会张开C.将c与A内表面接触时,B会张开一定角度D.将c从导线上解下,然后用绝缘细绳吊着从小孔a放入A内,并与其内壁接触,再提出空腔,与b接触,B会张开一定角度
7.AC 将c移近A的过程中,由于静电感应,金属小球c感应出负电荷,静电计指针上感应出正电荷,B会张开一定角度,选项A正确;将c与A外表面接触后移开A,由于接触使静电计带电,B会张开一定角度,选项B错误;将c与A内表面接触,静电平衡后,电荷只分布在导体外表面,静电计可视为导体外表面,静电计B会张开一定角度,选项C正确;将c从导线上解下,然后用绝缘细绳吊着从小孔a放入A内,并与其内壁接触,由于空腔导体内部没有电荷,再提出空腔,与b接触,B不会张开,选项D错误。
知识点4 静电吸附
8.(多选)如图是静电除尘装置示意图,装置的外壁连到高压电源的正极,中间的金属丝连到负极。将混浊气体通入该装置时,气体中的粉尘会不断向筒壁积累,最后在重力作用下坠落到筒底。在用该装置除尘的过程中,下列说法正确的有( ) A.粉尘由于吸附作用而带上正电荷B.粉尘由于吸附了电子而带上负电荷C.带电粉尘在静电力作用下飞向筒壁D.筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场
8.BCD 装置的外壁连到高压电源的正极,中间的金属丝连到负极,粉尘向正极运动,可知粉尘吸附电子后带负电荷,故A错误,B正确;筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场,粉尘向正极运动,可知粉尘是在静电力作用下飞向筒壁,故CD正确。
9.静电喷涂时,喷枪喷出的涂料微粒带电,在带正电被喷工件的静电作用下,向被喷工件运动,最后吸附在其表面。在涂料微粒向工件靠近的过程中( )A.涂料微粒带正电B.离工件越近涂料微粒所受库仑力越小C.电场力对涂料微粒做负功D.涂料微粒的动能增大
9.D 由题图知,工件带正电,涂料微粒在静电力作用下向工件靠近,可知涂料微粒带负电,A错误;离工件越近,涂料微粒所受库仑力越大,B错误;涂料微粒在静电力作用下向工件运动,则电场力对涂料微粒做正功,其动能增大,C错误,D正确。
10.[2022广东广雅中学期末考试]复印机的核心部件是有机光导体鼓,它是一个金属圆柱,表面被涂覆一层有机光导体OPC(没有光照时OPC是绝缘体,受到光照时变成导体)。如图所示,复印机的基本工作过程是:步骤(1)在位于暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,使有机光导体鼓均匀带上正电;步骤(2)把强光照到文件上,文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像,鼓上形成"静电潜像";步骤(3)鼓体转动经过墨粉盒,潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位;步骤(4)鼓体继续转动经过复印纸,带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上。以下说法正确的是( )A.步骤(1)中发生了静电感应现象B.步骤(2)中发生了局部导电现象C.步骤(3)中发生了静电平衡现象D.步骤(4)中发生了静电屏蔽现象
10.B 步骤(1)中在位于暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,使有机光导体鼓均匀带上正电的过程发生了电离现象,不是静电感应现象,故A错误;步骤(2)中文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像,有机光导体OPC受到光照时变成导体,鼓上形成"静电潜像",发生了局部导电现象,故B正确;步骤(3)中潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位属于静电吸附,不是静电平衡,故C错误;步骤(4)中带电复印纸将墨粉吸引到复印纸上,属于静电吸附,不是静电屏蔽,故D错误。
学科核心素养是学生通过学科学习而逐渐形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。本章通过对库仑定律的探索学习,理解静电相互作用的内在规律;通过点电荷及电场线等物理模型的建立,理解物理模型的抽象概括过程;通过静电屏蔽的讲解,认识科学与技术应用的关系。试题主要是点电荷的电场、电场的叠加和库仑定律的新情境应用。
1.(多选)如图所示,A、B是被绝缘支架分别架起的两金属球,并相隔一定距离,其中A带正电,B不带电,则下列说法正确的是( )A.金属球B带负电B.金属球B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则两边的电荷量大小可能不等D.只要A与B不接触,B的总电荷量总是为零
1.BD 由于静电感应,B的左端感应出负电荷,右端出现正电荷,电荷量的大小相等,故A错误,BD正确;若A不动,将B沿题图中虚线分开,则两边的电荷量大小相等,故C错误。
2.(多选)如图所示,滚筒式静电分选器由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G等部件组成,C与G分别接于直流高压电源的正、负极上,并令C接地。电源电压很高,足以使放电针G附近的空气发生电离而产生大量离子,现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落,沿导板B到达转动的滚筒C上,粉粒a具有良好的导电性,粉粒b具有良好的绝缘性。下列说法正确的是( )A.粉粒a落入料槽F,粉粒b落入料槽EB.粉粒b落入料槽F,粉粒a落入料槽EC.若滚筒C不接地而放电针G接地,从工作原理上看,这是不允许的D.若滚筒C不接地而放电针G接地,从工作实用角度看,这是不允许的
2.AD 粉粒a和b在空中都带电,但a为导体,电荷会传给滚筒,而不带电;b绝缘性好,故一直带电,因此碰到D后才下落,A正确,B错误。C必须接地,否则会使操作工人触电,C错误,D正确。
3.有两个带有等量异种电荷的小球,用绝缘细线相连后悬起,并置于水平向右的匀强电场中,当两小球都受力平衡时其位置可能是下图中的( )
3.A 以两小球整体为研究对象,受到竖直向下的重力、水平方向的电场力和细线的拉力而平衡,由于水平方向的电场力刚好平衡,所以拉力一定与重力平衡,方向竖直向上,即上段细线处于竖直方向上,只有选项A可能正确。
考点1 库仑定律的综合应用
3.[2011重庆理综·19,6分]如图所示,电荷量为+q和-q的点电荷分别位于正方体的顶点,正方体范围内电场强度为零的点有( )A.体中心、各面中心和各边中点B.体中心和各边中点C.各面中心和各边中点D.体中心和各面中心
3.D 两个等量同种电荷在其连线的中点处的合场强为零,两个等量同种正电荷在其连线的中垂线上的合场强沿中垂线指向远离连线中点的方向,两个等量同种负电荷在其连线的中垂线上的合场强沿中垂线指向连线中点。在正方体的上面中心处,上面的四个电荷分成两组,产生的电场强度都是零,下面的四个电荷分成两组,产生的电场强度等大反向,所以正方体的上面中心处的合场强为零,同理所有各面中心处的合场强都为零。在体中心,可以将八个电荷分成四组,产生的合场强为零。而在各边中心,电场强度无法抵消,合场强不为零,故选D。
考点3 静电力作用下的平衡问题
6.[2019全国Ⅰ卷理综·15,6分]如图,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则( )A.P和Q都带正电荷B.P和Q都带负电荷C.P带正电荷,Q带负电荷D.P带负电荷,Q带正电荷
6.D 对P、Q整体进行受力分析可知,在水平方向上整体所受电场力为零,所以P、Q必带等量异种电荷,选项AB错误;对P进行受力分析可知,匀强电场对它的电场力应水平向左,与Q对它的库仑力平衡,所以P带负电荷,Q带正电荷,选项D正确,C错误。
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