高考解析



本周学习内容比较抽象,在历年的高考中都有涉及,可以说是高考考察的重点内容之一。

例1、x轴上有两个点电荷,一个带正电Q1,一个带负电-Q2,且Q1=2Q2.用E1E2分别表示两个点电荷所产生的场强的大小,则在x轴上( )

 A.E1=E2之点只有一个,该处合场强为零

 B.E1=E2之点只有两处,一处合场强为零,另一处合场强为2E2

 C.E1=E2之点只有三处,其中两处合场强为零,另一处合场强为2E2

 D.E1=E2之点只有三处,其中一处合场强为零,另两处合场强为2E2

解析:

  本题检查考生对电场强度这个重要的基本概念的理解,特别是对场强的方向特性的理解.

  能否正确运用“试探电荷”探索电场中典型区域的场强,是否具有空间想像能力,是准确、迅速解决本题的关键.

  为此,可以画一个简单的示意图(如图),在图上标明两个正负电荷的位置,并记住它们的电荷量关系:Q1=2Q2.E1E2是这两个点电荷在x轴上同一点产生的场强的大小.在明确题意和解题要求的情况下,设想一个试探电荷q沿x轴从左向右移动.

  qQ1左边区域时,由于Q1=2Q2,它们对q的作用力不可能相等,因此在Q1的左边不存在E1=E2的点;而在Q1Q2之间以及Q2的右边区域有这样的点,而且这样的点到Q1的距离是它到Q2距离的倍.进一步考虑E1E2的方向,可知合场强为零的点在Q2的右边,合场强为2E2的点在Q1Q2之间.所以,本题只有选择B项是正确的.

答案:B

例2、如图所示,半径为r的硬橡胶环带有均匀分布负电荷,单位长度的带电荷量为q,则环心处的电场强度为________.若在环上截去很小的一段,其长为△l,则环心处的电场强度的大小是_______.

解析:

  圆环上的负电荷分布均匀,则在环心处的叠加电场E0=0;在环上截去很小一段,相当于在该处放一等量异种电荷量q′,q′=△l·q,则截去△l环心处场强为q′与原环上负电荷在环心处场强的叠加,E′=0+kq′/r2=kql/r2.

答案:0 kql/r2

例3、光滑的绝缘水平面上的带电小球AB,质量分别为m1=2 g、m1=1g;带电荷量相等.q1=q2=10-7CA球带正电,B球带负电.

   

                  甲              乙

  (1)现有水平恒力F1向右作用于A球,这时AB一起向右运动,且保持距离d=0.1m不变(图甲).试问F1多大? 它们如何运动?

  (2)若水平恒力F2向左作用于B球,这时两球一起向左运动,也能保持距离d=0.1 m不变(图乙).试问F2多大?

解析:

  根据库仑定律,AB两球保持距离不变,相互作用的库仑吸引力大小为

  

  F1作用于A 时,两球一起向右做匀加速直线运动,加速度由B 球的受力情况决定,

  

  作用于A 球水平向右的恒力为

  F1=m1a1F =(2×10-3×9+9×10-3)N=27×10-3N.

  (2)F2向左作用于B时,两球一起向左做匀加速直线运动,共同加速度由A球的受力情况决定,

  

  F2=m2a2F =13.5×10-3N.

例4、匀强电场中质量为m、带电荷量为+q的小球,从O点由静止开始释放后,小球沿着与竖直方向成θ角的直线OA 斜向下运动(图1).满足上述要求的匀强电场的场强最小值应多大?它的方向如何?

图1

解析:

  带电小球在重力G =mg 和电场力F=qE作用下沿直线OA运动.由于G F 均为恒力,它们合力也一定是恒力,且合力的方向一定沿直线OA 斜向下.

图2

  如图2所示,将小球的重力(G)沿OA方向和垂直于OA 的方向分解为G1G2,其中G1=mgcosθG2=mgsinθ

  可见,作用于小球的最小电场力应与G2大小相等、方向相反.

  qE =mgsinθ

  E = mgsinθ/q.

  最小的场强方向与OA 垂直、斜向上.

  不难看出,带电小球沿OA 运动的加速度为a =gcosθ.

例5、如图所示,3个完全相同的金属小球abc位于等边三角形的3个顶点上.ac带正电,b带负电,ac带正电,b带负电,a的带电荷量的大小比b的.已知c受到ab的静电力的合力可用图中4条有向线段中的一条来表示,它应是( )

 A.F1         B.F2          C.F3         D.F4

解析:

  ac斥力Facbc为引力Fbc,方向如图所示.由于△abc为等边三角形,所以力FbcFacx轴的夹角均为60°,又由库仑定律有(设三角形边长L

  

  ∵qa<qb

  ∴Fbc>Fac.

  则有Fbcy>Facy.

  即在y方向上两个分力FbcyFacy的合力方向沿y轴向上,而在x方向上两个分力FbcxFacx的方向都沿x轴向右,所以合成后合力F 的方向必在x 轴的上方、y轴的右方.故只有B项正确.

答案:B

例6、如图1,在正六边形的ac两个顶点上各放一带正电的点电荷,电荷量的大小都是q1,在bd两个顶点上,各放一带负电的点电荷,电荷量的大小都是q2q1>q2.已知六边形中心O点处的场强可用图中的四条有向线段中的一条来表示,它是哪一条( )

 A.E1        B.E2           C.E3        D.E4

解析:

  如图,作出各点电荷在O点的电场强度(E )的示意向量.

  设+qO点产生的场强为EaEc(方向如图),-qO点产生的场强为EbEd(方向如图),则ac两点的电荷在O点的合场强为E′,E′与b点(-q)在O点的场强Eb的合场强为E〞,E〞与d点(-q)在O点的场强Ed的合场强为E(方向如图).故B项正确.

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