20202021学年高二物理专题训练上库伦定律pdf含解析

2020-2021学年高二物理：库伦定律专题训练题组1库伦定律1.用控制变量法，可以研究影响电荷间相互作用力的因素.如图所示，O是一个带电的物体，若把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P1、P2、P3等位置，可以比较小球在不同位置所受带电物体的作用力的大小.这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来.若物体O的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示，物体与小球间距离用d表示，物体和小球之间的作用力大小用F表示.则以下对该实验现象的判断正确的是（）A.保持Q、q不变，增大d，则θ变大，说明F与d有关B.保持Q、q不变，减小d，则θ变大，说明F与d成反比C.保持Q、d不变，减小q，则θ变小，说明F与q有关D.保持q、d不变，减小Q，则θ变小，说明F与Q成正比【答案】C【解析】保持Q、q不变，根据库仑定律公式F＝k，增大d，库仑力变小，则θ变小，减小d，库仑力变大，则θ变大.F与d的二次方成反比.故A、B错误.保持Q、d不变，减小q，则库仑力变小，θ变小，知F与q有关.故C正确.保持q、d不变，减小Q，则库仑力变小，θ变小，根据库仑定律公式F＝k，知F与两电荷的乘积成正比.故D错误.2.真空中两个完全相同的金属小球，分别带+3Q和-Q的电量，当它们相距r时，它们间的库仑力大小是F.若把它们接触后分开，再放回原位置，则它们间的库仑力大小为（）A.F/3B.FC.3FD.9F【答案】A【解析】根据库仑定律公式得：.接触再分离后所带电量各为Q，.故A正确，BCD错误.故选A.3.如图所示，两个质量均为m的完全相同的金属球壳a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离l为球半径的3倍.若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是（）A.F引＝G，F库＝kB.F引≠G，F库≠kC.F引≠G，F库＝kD.F引＝G，F库≠k【答案】D【解析】由于a、b两球所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布较密集，又l＝3r，不满足l≫r的要求，故不能将带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故F库≠k.虽然不满足l≫r，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看成质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律，故F引＝G.故选D.4.两个半径为R的带电球所带电荷量分别为q1和q2，当两球心相距3R时，相互作用的静电力大小为（）A.F＝kB.F＞kC.F＜kD.无法确定【答案】D【解析】因为两球心距离不比球的半径大很多，所以两带电球不能看做点电荷，必须考虑电荷在球上的实际分布.当q1、q2是同种电荷时，相互排斥，电荷分布于最远的两侧，电荷中心距离大于3R；当q1、q2是异种电荷时，相互吸引，电荷分布于最近的一侧，电荷中心距离小于3R，如图所示.所以静电力可能小于k，也可能大于k，D正确.5.真空中两个点电荷，它们之间的静电力为F，如果将两个点电荷的距离增大为原来的2倍，电量都增大为原来的2倍.它们之间静电力的大小为（）A.F/2B.FC.2FD.4F【答案】B【解析】由库仑定律的公式F=k知，将它们的电量都增大为原来的2倍，它们之间的距离增加为原来的2倍，则它们之间的静电力大小变为，故B正确.6.真空中两个点电荷Q1、Q2，它们间的作用力为F，下列做法可以使它们间的作用力变为1.5F的是（）A.使Q1变为原来的2倍，Q2变为原来的3倍，同时使它们间距离变为原来的2倍B.使Q1变为原来的4倍，Q2变为原来的1.5倍，同时使它们间距离变为原来的3倍C.使每一个电荷电量都变为原来的1.5倍，间距也变为1.5倍D.保持它们的电量不变，使它们间的距离变为原来的1.5倍【答案】A【解析】由库仑定律可知：F=；使Q1变为原来的2倍，Q2变为原来的3倍，同时使它们间的距离变为原来的2倍；则F==1.5F；故A正确；使Q1变为原来的4倍，Q2变为原来的1.5倍，同时使它们间的距离变为原来的3倍；F变为原来的倍；故B错误；使每一个电荷电量都变为原来的1.5倍，间距也变为1.5倍；则库仑力与原来相等；故C错误；保持电量不变，使它们间的距离变为原来1.5倍，则库仑力变为原来的；故D错误.7.（多选）如图所示的实验装置为库仑扭秤.细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡.当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A和C之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小，改变A和C之间的距离r，记录每次悬线扭转的角度，便可找到力F与距离r的关系.这一实验中用到了下列哪些物理方法（）A.微小量放大法B.极限法C.比值定义法D.控制变量法【答案】AD【解析】当小球C靠近小球A时，旋转小角度，因此通过微小量放大法，能比较准确的测出转动角度.同时体现了控制变量法，即控制了电荷量，去研究库仑力与间距的关系.即本实验采用了微小量放大法和控制变量法.故选A、D.8.（多选）对于库仑定律，下列说法正确的是（）A.凡计算真空中两个点电荷间的相互作用力，就可以使用公式F＝kB.两个带电小球即使相距非常近，也能用库仑定律C.相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定相等D.当两个半径为r的带电金属球中心相距为4r时，对于它们之间的静电作用力大小，只取决于它们各自所带的电荷量【答案】AC【解析】由库仑定律的运用条件可知，A选项正确；两带电小球距离非常近时，带电小球不能视为点电荷，库仑定律不再适用，故B选项错误；由牛顿第三定律可知，相互作用的两个点电荷之间的作用力总是大小相等的，故C选项正确；当带电小球之间的距离较近时，带电小球之间的作用力不仅跟距离有关，还跟带电体所带电性及电量有关系，故D选项错误.9.在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中，一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量有关.他选用带正电的小球A和B，A球放在可移动的绝缘座上，B球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点，如图所示.实验时，先保持两球电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大；再保持两球距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大.实验表明：两电荷之间的相互作用力，随其距离的__________而增大，随其所带电荷量的__________而增大.此同学在探究中应用的科学方法是____________（选填“累积法”“等效替代法”“控制变量法”或“演绎法”）.【答案】减小增大控制变量法【解析】偏角的大小，可以反映电荷间相互作用力的大小.所以可以分析出相互作用力与间距、电荷量的关系.本题考察电荷间相互作用力与哪些因素有关，猜想有两方面，分组测量，所以本题的科学方法为控制变量法.10.库仑定律告诉我们：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上.现假设在真空中有两个带正电的点电荷，电荷量均为Q=lC，它们之间的距离r=1m.静电力常量k=9.0×109N•m2/C2.（1）问这两个点电荷之间的静电力是引力还是斥力？（2）求这两个点电荷之间的静电力大小F.【答案】（1）斥力（2）9×109N【解析】（1）由于两个电荷都是正电荷，因此这两个点电荷之间的静电力是斥力.故这两个点电荷之间的静电力是斥力.（2）根据库仑定律有：，代人数据得：F=9×109N.故这两个点电荷之间的静电力大小F=9×109N.11.已经证实质子、中子都是由上夸克和下夸克两种夸克组成的（u表示上夸克，d表示下夸克），上夸克带电为e，下夸克带电为－e，e为电子所带电荷量的大小.如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l＝1.5×10－15m，试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力.（e＝1.60×10－19C，k＝9.0×109N・m2/C2）【答案】上夸克之间的静电力为45.5N，是排斥力；上夸克与下夸克之间的静电力为22.8N，是吸引力【解析】质子带电荷量为＋e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的.按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为Fuu＝k＝k・，代入数据，得Fuu≈45.5N，是排斥力.上夸克与下夸克之间的静电力为Fud＝k＝k代入数据，得Fud≈22.8N，是吸引力.题组2点电荷12.物理学引入“点电荷”概念，从科学方法上来说是属于（）A.观察实验的方法B.控制变量的方法C.等效替代的方法D.建立物理模型的方法【答案】D【解析】点电荷是为了研究物理问题方便而引入的物理模型，是由实际物体抽象所得，D对.13.关于点电荷的说法，正确的是（）A.只有体积很小的带电体才能看作点电荷B.体积很大的带电体不能看作点电荷C.当带电体电荷量很小时，可看作点电荷D.当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷【答案】D【解析】A、带电体看作点电荷的条件，当一个带电体的形状及大小对它们间相互作用力的影响可忽略时，这个带电体可看作点电荷，是由研究问题的性质决定，与自身大小形状及带电量的多少无具体关系.故ABC错误；D、当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷，故D正确.14.关于点电荷、元电荷、检验电荷，下列说法正确的是（）A.点电荷是一种理想化的物理模型B.点电荷所带电荷量不一定是元电荷电荷量的整数倍C.点电荷所带电荷量一定很小D.点电荷、元电荷、检验电荷是同一种物理模型【答案】A【解析】点电荷是将带电物体简化为一个带电的点，点是没有大小的，而实际物体总有大小，故点电荷是理想模型，A正确；元电荷是电量的最小值，是一个电量的单位，不管物体的大小能不能忽略，物体的带电量一定是元电荷的整数倍，B错误；点电荷是将带电物体简化为一个带电的点，物体能不能简化为点，不是看物体的绝对大小，而是看物体的大小相对于两个电荷的间距能不能忽略不计，C错误；点电荷是将带电物体简化为一个带电的点，元电荷是电量的最小值，检验电荷的体积和电荷量要足够的小，故点电荷、元电荷、检验电荷不是同一种物理模型，D错误，故选A.15.关于物体带电，下列说法正确的是（）A.有的物体内部有电荷，有的物体内部没有电荷，所以有带电的物体，也有不带电的物体B.物体不带电是因为所带的正电荷数目和负电荷数目相等C.自然界只有两种电荷，点电荷和元电荷D.我们可以通过某一种方式创造电荷【答案】B【解析】平常物体不带电并非没有电荷，而是原子内部的原子核中的质子所带的正电荷数与核外电子带的负电荷数相等，而带正电的质子与带负电的电子所带电量相等，故对外不显电性，即我们所说的不带电.故A错误，B正确；自然界只有两种电荷，正电荷和负电荷，故C错误；电荷既不能创生，也不能消失，故D错误.16.（多选）关于物理学的研究方法，以下说法正确的是（）A.在用实验探究加速度、力和质量三者之间关系时，应用了控制变量法B.在利用速度―时间图象推导匀变速运动的位移公式时，使用的是微元法C.用点电荷代替带电体，应用的是理想模型法D.伽利略在利用理想实验探究力和运动关系时，使用的是实验归纳法【答案】ABC【解析】在用实验探究加速度、力和质量三者之间的关系时，由于涉及物理量较多，因此采用控制变量法进行实验，故A正确；在推导位移公式时，使用了微元法，故B正确；点电荷是高中所涉及的重要的理想化模型，都是抓住问题的主要因素，忽略次要因素，故C正确；伽利略对自由落体运动的研究，以及理想斜面实验探究力和运动的关系时，采用的是理想斜面实验法和将实验结论外推的方法，不是用的实验归纳法，故D错误.题组3库仑力的综合计算17.有两个完全相同的金属小球A、B（它们的大小可忽略不计），A带电荷量为7Q，B带电荷量为-Q，当A、B在真空中相距为r时，两球之间的相互作用的库仑力为F；现用绝缘工具使A、B球相互接触后再放回原处，则A、B间的相互作用的库仑力的大