2025届高考物理一轮总复习第8单元静电场素养练12等效思想在电场中的应用科学思维课件新人教版 (3)

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微练一　电荷守恒与库仑定律1.(多选)如图所示,将充气后的气球在头发上摩擦,然后将其靠近绝缘桌面上的空易拉罐,在气球未接触易拉罐的情况下,发现易拉罐朝气球方向滚动起来,关于这一现象,下列说法正确的是(　　)A.易拉罐和气球带异种电荷,所以相互吸引B.易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相同C.气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小不同D.气球在头发上摩擦的过程创造了电荷,从而使气球带电
解析 将充气后的气球在头发上摩擦后,气球带上电荷并形成电场,此时易拉罐在该电场作用下发生静电感应现象,靠近气球一侧的带电性质和气球带电性质相反,远离气球一侧的带电性质和气球带电性质相同,所以气球上的电荷对易拉罐靠近气球一侧的电荷引力大于远离气球一侧电荷的斥力,从而使易拉罐朝气球方向滚动起来,故A、B错误,C正确;气球在头发上摩擦的过程,是电荷在气球和头发之间发生了转移,并不是创造了电荷,故D错误。
2.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,分导体为A、B两部分,这两部分所带电荷量的大小分别为QA、QB,则下列结论正确的有(　　)
A.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.沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QA解析 导体原来不带电,但是在带正电的导体球C的静电感应作用下,导体中的自由电子向B部分转移,使B部分带负电,A部分带正电。根据电荷守恒定律,A部分移走的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的,因此无论从哪一条虚线切开,两部分的电荷量大小总是相等的。电子在导体上的分布不均匀,越靠近右端负电荷密度越大,越靠近左端正电荷密度越大,所以从不同位置切开时,A所带电荷量的大小QA不同,故A、B、C错误,D正确。
3.电荷量为4×10-6 C的小球绝缘固定在A点,质量为0.2 kg、电荷量为-5×10-6 C的小球B用绝缘细线悬挂,静止于B点。A、B间距离为30 cm,AB连线与竖直方向夹角为60°。静电力常量为9.0×109 N·m2/C2,g取10 m/s2,小球可视为点电荷。下列图示正确的是(　　)
微练二　电场的叠加4.如图所示,a、b、c、d四个点在一条直线上,a和b、b和c、c和d间的距离均为R,在a点处固定一电荷量为Q的正点电荷,在d点处固定另一个电荷量未知的点电荷,除此之外无其他电荷,已知b点处的电场强度为零,静电力常量为k,则c点处电场强度的大小为(　　)
5.如图所示,在(a,0)位置放置电荷量为q的正点电荷,在(0,a)位置放置电荷量为q的负点电荷,在距P(a,a)为 a的某点处放置正点电荷Q,使得P点的电场强度为零。则Q的位置及电荷量分别为(　　)
微练三　电场线的理解和应用6.一对不等量异种点电荷的电场线分布图如图所示,所带电荷量大小为q和2q,图中两点电荷连线长度为2r,P、Q两点关于两电荷连线对称。静电力常量为k。由图可知(　　)A.P、Q两点的电场强度相同B.M点的电场强度小于N点的电场强度C.右边的小球带电荷量为-2qD.两点电荷连线的中点处的电场强度为
解析 电场线的疏密表示电场强度的相对大小,根据对称性可知,P点电场强度大小等于Q点电场强度大小,但是两点电场强度的方向不同,则电场强度不相同,故A错误;M点的电场线较N点密集,可知M点的电场强度大于N点的电场强度,故B错误;根据电场线的方向可知,右边的小球带负电,但是带电荷量小于左边的小球的带电荷量,故C错误;依据 及电场强度叠加原则,则两点电荷连线的中点处的电场强度为
微练四　静电的防止和利用7.请用学过的电学知识判断下列说法正确的是(　　)A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B.用几万伏的高压电电击在金属笼里的鸟,鸟会被电死C.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好D.打雷时待在汽车里比待在木屋里要危险
解析 电力工人高压带电作业,全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全作业,A错误。金属笼起到静电屏蔽的作用,所以不会对小鸟造成危害,B错误。因为塑料桶和汽油容易摩擦起电,产生的静电不易泄漏,形成静电积累,造成爆炸和火灾事故,而金属桶能将静电导出,避免事故发生,C正确。一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”,一旦汽车被雷击中,它的金属构架会将闪电电流导入地下,D错误。
8.一个用来研究静电除尘的实验装置如图所示,处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子,铝板与手摇起电机的正极相连,缝被针与手摇起电机的负极相连,在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机,蚊香产生的烟雾会被电极吸附,停止转动手摇起电机,蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于这个现象,下列说法正确的是(　　)
A.烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上B.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大C.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小D.同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变,离铝板越近则加速度越大
解析 中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子,烟尘颗粒吸附电子后带上负电,在静电力作用下向铝板做加速运动,所以选项A、C错误,选项B正确;因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体,离铝板越近,电场线越稀疏,电场强度越小,烟尘颗粒受静电力越小,加速度越小,选项D错误。
9.验电器可以用来检验物体是否带电和所带电性。如图所示,现将一带电物体靠近原来已带电的验电器的金属球,下列判断正确的是(　　)
A.验电器带正电时,若金属箔张角变小,可知物体带正电B.验电器带正电时,若金属箔张角变大,可知物体带负电C.验电器带负电时,若金属箔张角变大,可知物体带负电D.验电器带负电时,若金属箔张角变大,可知物体带正电
解析 验电器上带正电荷后,验电器上的金属箔张开一定角度,如果用另一个带电体靠近验电器的金属球,金属箔张角变大,说明带电体带正电,吸引电子向金属球转移;如果金属箔张角变小,说明带电体带负电,排斥电子,电子向金属箔转移,选项A、B错误。验电器上带负电荷后,验电器上的金属箔张开一定角度,如果用另一个带电体靠近验电器的金属球,金属箔张角变大,说明带电体带负电,排斥电子向金属箔转移;如果金属箔张角变小,说明带电体带正电,吸引电子向金属球转移,选项C正确,D错误。
10.(2023浙江温州一模)如图所示,电荷量分别为+q和-q(q>0)的点电荷固定在边长为L的正方体的两个顶点上,A是正方体的另一个顶点,如果两点电荷连线中点O的电场强度大小是E,则A点的电场强度大小是(　　)
11.(多选)如图所示,光滑绝缘圆环竖直放置,a、b、c为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球,已知小球c位于圆环最高点,ac连线与竖直方向成60°角,bc连线与竖直方向成30°角,三个小球均处于静止状态。下列说法正确的是(　　)
A.a、b小球一定带同种电荷B.a、c小球可能带同种电荷
解析 a受到重力、环的支持力以及b、c对a的库仑力,重力的方向在竖直方向上,环的支持力以及b对a的库仑力均沿圆环直径方向,故c对a的库仑力为引力,同理可知,c对b的库仑力也为引力,所以a与c的电性一定相反,a与b的电性一定相同,A正确,B错误;对c小球受力分析,将力沿水平方向和竖直方
12.(2022山东卷)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置,圆心位于O点,环上均匀分布着电荷量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分,取走A、B处两段弧长均为Δl的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点,O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变,q为(　　)
解析 若取走C处弧长为Δl的小圆弧上的电荷,根据对称性,细圆环上剩余电荷产生的电场在O点的电场强度为零,即取走A、B处电荷后,细圆环上电荷产生的电场在O点的电场强度等于C处小圆弧上电荷产生的电场在O点的电场强度。因为O点电场强度为零,说明C处小圆弧上的电荷产生的电场与q产生的电场在O点的合电场强度为零,即 。因为C处小圆弧带正电,所以q带负电,选项C正确。
13.(多选)“离心轨道演示仪”(如图甲所示)是演示物体在竖直平面内的圆周运动的实验仪器,其轨道主要由主轨长道、轨道圆和辅轨长道三部分组成,主轨长道长度约为轨道圆半径R的6倍。将主轨长道压制成水平状态后,轨道示意图如图乙所示。空间中存在水平向右的匀强电场(未画出),电场强度大小为现在主轨长道上的A点静止释放一电荷量为q、质量为m的绝缘小球,小球沿主轨长道向右运动,从B点进入轨道圆,若不计一切摩擦,重力加速度为g,则小球再次通过最低点之前(　　)
A.小球上升到与圆心等高处时,其动能最大B.小球上升到轨道圆最高处时,其机械能最大C.若AB间距离为 ,小球恰好不脱离轨道D.若小球不脱离轨道,小球对轨道的最大压力大小可能为5mg
力”可知,当小球运动到BC间且与圆心连线与竖直方向夹角为60°时,小球的速度最大,动能最大,故A错误。小球在轨道上运动过程中,能量守恒,小球在与圆心等高且在圆弧右侧的位置电势能最小,所以小球在该点的机械能最大,故B错误。
设释放点A到B的距离为L时,小球做完整圆周运动恰好不脱离圆轨道;图中D点与圆心连线的延长线与圆相交的点M点即为“等效重力”中的最高点,小球恰好不脱离圆轨道,静电力与重力的合力刚好提供向心力,则有