物理电场典型例题含答案

【典型例题】问题1：会解电荷守恒定律与库仑定律的综合题。求解这类问题关键是抓住“等大的带电金属球接触后先中和，后平分”，然后利用库仑定律求解。注意绝缘球带电是不能中和的。[例1]有三个完全一样的金属小球A、B、C，A带电量7Q，B带电量－Q，C不带电，将A、B固定，相距r，然后让C球反复与A、B球多次接触，最后移去C球，试问A、B两球间的相互作用力变为原来的多少倍?带电体相互接触后移开，同种电荷电量平分，异种电荷电量先中和再平分．将A、B固定起来，然后让C球反复与A、B球接触，最后移走C，所以A、B、C最终带电量q=qqq237,原来A、B间的相互吸引力的大小是F=227*rqk后来A、B间的相互吸引力的大小是F′=224*rqk答：A、B间的库仑力变为原来的4/7倍[例2]两个相同的带电金属小球相距r时，相互作用力大小为F，将两球接触后分开，放回原处，相互作用力大小仍等于F，则两球原来所带电量和电性（）A.可能是等量的同种电荷B.可能是不等量的同种电荷C.可能是不等量的异种电荷D.不可能是异种电荷两球接触前后库仑力的大小不变，两球之间的距离不变，根据库仑定律公式F=221*rqqk知两球电量的乘积不变．接触带电的原则是先中和再平分．知两球可能带等量的同种电荷，也可能带不等量的异种电荷，只要满足22121)2(qqqq问题2：会解分析求解电场强度。电场强度是静电学中极其重要的概念，也是高考中考点分布的重点区域之一。求电场强度的方法一般有：定义式法、点电荷场强公式法、匀强电场公式法、矢量叠加法等。[例3]如图1所示，用长为的金属丝弯成半径为r的圆弧，但在A、B之间留有宽度为d的间隙，且，将电量为Q的正电荷均匀分布于金属丝上，求圆心处的电场强度。根据对称性可知,带电圆环在圆心O处的总场强E＝0．至于补上的带电小段,由题给条件可视做点电荷,它在圆心O处的场强E1是可求的．若题中待求场强为E2,则E1＋E2＝0．设原缺口环所带电荷的线密度为σ,σ＝Q／（2πr－d）,则补上的那一小段金属线的带电量Q′＝σ•d,Q′在O处的场强为E1＝kQ′／r2,由E1＋E2＝0可得E2＝－E1,E2与E1反向,背向圆心向左．[例4]如图2所示，均匀带电圆环所带电荷量为Q，半径为R，圆心为O，P为垂直于圆环平面的对称轴上的一点，OP=L，试求P点的场强。设想将圆环等分为n个小段，当n相当大时，每一小段都可以看做点电荷，其所带电荷量为：nQ=q由点电荷场强公式可求得每一点电荷在P处的场强为：)(222LRnkQnrkQE由对称性可知，各小段带电环在P处的场强E的垂直于轴向的分量Ey相互抵消，而E的轴向分量Ex之和即为带电环在P处的场强Ep，故：r)(r*)(*nn2222xLRkQLLLRnkQEE总[例5]如图3所示，是匀强电场中的三点，并构成一等边三角形，每边长为，将一带电量的电荷从a点移到b点，电场力做功；若将同一点电荷从a点移到c点，电场力做功W2=6×10－6J，试求匀强电场的电场强度E。解析:因为，所以将cb分成三等份，每一等份的电势差为3V，如图3所示，连接ad，并从c点依次作ad的平行线，得到各等势线，作等势线的垂线ce，场强方向由c指向e，所以，因为，问题3：会根据给出的一条电场线，分析推断电势和场强的变化情况。[例6]如图4所示，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a到c，a、b间距离等于b、c间距离。用Ua、Ub、Uc和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以判定（）A.UaUbUcB.Ua－Ub＝Ub－UcC.EaEbEcD.Ea=Eb=EcA、沿电场线方向电势降低，可以比较电势高低，根据电场线方向可知φa＞φb＞φc，故A正确．BD、a、b、c是一条电场线上的三个点，由于电场线的疏密不能确定，所以不能判断场强的大小．故B、D错误．C、因为Ucb=Φc-Φb，Ubc=Φb-Φc，而Ucb=-Ubc，故C错误；故选：A[例7]如图5所示，在a点由静止释放一个质量为m，电荷量为q的带电粒子，粒子到达b点时速度恰好为零，设ab所在的电场线竖直向下，a、b间的高度差为h，则（）A.带电粒子带负电B.a、b两点间的电势差Uab=mgh/qC.b点场强大于a点场强D.a点场强大于b点场强A、在a点由静止释放粒子，到达b点时速度恰好为零，可知粒子所受电场力与重力方向相反，也与电场线方向相反，故粒子带负电，故A正确B、由于粒子在a点由静止，到达b点也静止，故W电=-WG=-mgh=qUab，故qmgh-Uab，故B错误C、在b点重力小于电场力，故，故C错误qmgED、从b到a先加速后减速，故电场力逐渐变大，故a点场强大于b点场强，故D正确故选AD问题4：会根据给定一簇电场线和带电粒子的运动轨迹，分析推断带电粒子的性质。[例8]图6中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可作出正确判断的是（）A.带电粒子所带电荷的符号B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大A、B：由图，粒子的运动轨迹向左弯曲，说明粒子在a、b两点受到的电场力沿电场线向左．由于电场线方向不明，无法确定粒子的电性．故A错误，B正确．C、D：由于粒子在a、b两点受到的电场力沿电场线向左，故从a到b电场力对粒子做负功，粒子的动能减小，电势能增大，则粒子在a点的速度较大，在b点电势能较大．故CD正确．故选：BCD．问题5：会根据给定电势的分布情况，求作电场线。[例9]如图所示，A、B、C为匀强电场中的3个点，已知这3点的电势分别为ϕA=10V，ϕB=2V，ϕC=-6V．试在图上画出过B点的等势线和场强的方向（用刻度尺画图）．一个电子从A到B再到C做功为___eV．连接AC，并将线段AB分作两等分，中点为D点，因为是匀强电场，故D点电势为：V22φφφCAD故D和B等势；连接BD即为B点的等势线；场强与等势线相互垂直，指向低电势；由A到C时，对电子力功W=-UACe=-（10--6）eV=-16eV；故答案为：如图所示；-8ev．问题6：会求解带电体在电场中的平衡问题。[例10]如图8所示，在真空中同一条直线上的A、B两点固定有电荷量分别为+4Q和－Q的点电荷。①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？①A、B两点的电荷是固定的，故将另一个点电荷放在该直线上的合场强为零的位置，可以使它在电场力作用下保持静止．所以合场强为零的位置应该在-Q的外侧，设AB间距离为r，合场强为零的点在B的外侧，距离B为x，则：EA=EB所以22)(4xQqkxrQqk解得x=r故第三个电荷在-Q的外侧，距离-Q的距离等于-Q距离+4Q的距离．②三个电荷要平衡，必须三个电荷在一条直线上，外侧二个电荷相互排斥，中间电荷吸引外侧两个电荷，所以外侧两个电荷距离大，要平衡中间电荷的拉力，必须外侧电荷电量大，中间电荷电量小，所以有“两大夹一小，两同夹一异”的结论．所以第三个电荷必须为正电，在-Q的外侧，且为正电荷．设AB间距离为r，引入点电荷在B的外侧，距离B为x，设引入的电荷的电荷量为q，对B电荷，根据平衡条件有：2224xQqkrQk对引入的电荷，根据平衡条件有：22)(4xQqkxrQqk解得：Qrxrq2）（，所以引入的这个点电荷的电荷量与位置有关．[例11]如图9所示，已知带电小球A、B的电荷分别为QA、QB，OA=OB，都用长L的丝线悬挂在O点。静止时A、B相距为d。为使平衡时AB间距离减为d/2，可采用以下哪些方法（）A.将小球A、B的质量都增加到原来的2倍B.将小球B的质量增加到原来的8倍C.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半D.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半，同时将小球B的质量增加到原来的2倍由几何关系可知，dFLmg而库仑力221dqkqF；即321321221,)(mgqkqddqkqddqkqLmg：；要使d变为0.5d，可以使质量增大到原来的8倍而保证上式成立；故B正确；或将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半，同时小球B的质量增加到原来的2倍，也可保证等式成立；故D正确，AC错误；故选：BD．[例12]如图10甲所示，两根长为L的丝线下端悬挂一质量为m，带电量分别为+q和－q的小球A和B，处于场强为E，方向水平向左的匀强电场之中，使长度也为L的连线AB拉紧，并使小球处于静止状态，求E的大小满足什么条件才能实现上述平衡状态。平衡可知：2122160cos,60sinFFLqkqEmgF解得q60tan22FqmgLqkE∵F2≥0，则当q60tan22FqmgLqkE问题7：会计算电场力的功。[例13]一平行板电容器的电容为C，两板间的距离为d，上板带正电，电量为Q，下板带负电，电量也为Q，它们产生的电场在很远处的电势为零。两个带异号电荷的小球用一绝缘钢性杆相连，小球的电量都为q，杆长为L，且Ld。现将它们从很远处移到电容器内两板之间，处于图11所示的静止状态（杆与板面垂直），在此过程中两个小球克服电场力所做总功的大小等于多少？（设两球移动过程中极板上电荷分布情况不变）（）A.B.0C.D.由于电场力做功与路径无关，移动两电荷的过程可等效为--假设两电荷未用一绝缘刚性杆相连，但彼此绝缘放在一起，首先将两电荷同时移动到题中负电荷的位置，在此过程中电场力对正负电荷分别做了等量的正功和负功，其总功W1=0；然后保持负电荷不动，将正电荷沿电场线移动到题中的位置，在匀强电场中的功为CdQqlqldUEWql2。W总=W2问题8：会用力学方法分析求解带电粒子的运动问题。[例14]质量为2m，带2q正电荷的小球A，起初静止在光滑绝缘水平面上，当另一质量为m、带q负电荷的小球B以速度V0离A而去的同时，释放A球，如图12所示。若某时刻两球的电势能有最大值，求：（1）此时两球速度各多大？（2）与开始时相比，电势能最多增加多少？[例15]如图13所示，直角三角形的斜边倾角为30°，底边BC长为2L，处在水平位置，斜边AC是光滑绝缘的，在底边中点O处放置一正电荷Q，一个质量为m，电量为q的带负电的质点从斜面顶端A沿斜边滑下，滑到斜边上的垂足D时速度为V。（1）在质点的运动中不发生变化的是（）A.动能B.电势能与重力势能之和C.动能与重力势能之和D.动能、电势能、重力势能三者之和。（2）质点的运动是（）A.匀加速运动B.匀减速运动C.先匀加速后匀减速的运动D.加速度随时间变化的运动。（3）该质点滑到非常接近斜边底端C点时速率Vc为多少？沿斜面下滑到C点的加速度ac为多少？本题中的质点在电场和重力场中的叠加场中运动，物理过程较为复杂，要紧紧抓住质点的受力图景、运动图景和能量图景来分析。