高中物理 第1章 電荷的相互作用 1_2 探究電荷相互作用規(guī)律學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng) 滬科版選修3-1

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探究電荷相互作用規(guī)律 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．關(guān)于庫(kù)侖定律，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．庫(kù)侖定律適用于點(diǎn)電荷，點(diǎn)電荷其實(shí)就是體積很小的球體 B．根據(jù)F＝k，當(dāng)兩電荷的距離趨近于零時(shí)，靜電力將趨向無(wú)窮大 C．若點(diǎn)電荷q1的電荷量大于q2的電荷量，則q1對(duì)q2的靜電力大于q2對(duì)q1的靜電力 D．庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式相似，都是平方反比定律 【解析】　點(diǎn)電荷是實(shí)際帶電體的近似，只有帶電體的大小和形狀對(duì)電荷的作用力影響很小時(shí)，實(shí)際帶電體才能視為點(diǎn)電荷，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)兩個(gè)電荷之間的距離趨近于零時(shí)，不能再視為點(diǎn)電荷，公式F＝k就不能用于計(jì)算此時(shí)的靜電力，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；q1和q2之間的靜電力是一對(duì)相互作用力，它們的大小相等，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式相似，研究和運(yùn)用的方法也很相似，都是平方反比定律，故選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 2．如圖126所示，兩個(gè)質(zhì)量均為m的完全相同的金屬球殼a和b，其殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻，將它們固定于絕緣底座上，兩球心間的距離l為球半徑的3倍．若使它們帶上等量異種電荷，使其電荷量的絕對(duì)值均為Q，那么關(guān)于a、b兩球之間的萬(wàn)有引力F引和庫(kù)侖力F庫(kù)的表達(dá)式正確的是(　　) 圖126 A．F引＝G，F(xiàn)庫(kù)＝k B．F引≠G，F(xiàn)庫(kù)≠k C．F引≠G，F(xiàn)庫(kù)＝k D．F引＝G，F(xiàn)庫(kù)≠k 【解析】　由于a、b兩球所帶異種電荷相互吸引，使它們各自的電荷分布不均勻，即相互靠近的一側(cè)電荷分布較密集，又l＝3r，不滿足l?r的要求，故不能將帶電球殼看成點(diǎn)電荷，所以不能應(yīng)用庫(kù)侖定律，故F庫(kù)≠k.雖然不滿足l?r，但由于其殼層的厚度和質(zhì)量分布均勻，兩球殼可看成質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點(diǎn)，可以應(yīng)用萬(wàn)有引力定律，故F引＝G.故選D. 【答案】　D 3．(2016馬鞍山高二檢測(cè))用控制變量法，可以研究影響電荷間相互作用力的因素．如圖127所示，O是一個(gè)帶電的物體，若把系在絲線上的帶電小球先后掛在橫桿上的P1、P2、P3等位置，可以比較小球在不同位置所受帶電物體的作用力的大小，這個(gè)力的大小可以通過絲線偏離豎直方向的角度θ顯示出來(lái)．若分別用Q、q、d、F表示物體O的電荷量、小球的電荷量、物體與小球間距離、物體和小球之間的作用力．則以下對(duì)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論的判斷正確的是(　　) 圖127 A．保持Q、d不變，減小q，則θ變大，說(shuō)明F與q有關(guān) B．保持Q、q不變，增大d，則θ變小，說(shuō)明F與d有關(guān) C．保持Q、q不變，減小d，則θ變大，說(shuō)明F與d成反比 D．保持q、d不變，減小Q，則θ變小，說(shuō)明F與Q成正比 【解析】　保持Q、d不變，減小q，則F變小，θ變小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；保持Q、q不變，增大d，則F變小，θ變小，說(shuō)明F與d有關(guān)，選項(xiàng)B正確；保持Q、q不變，減小d，則F變大，θ變大，但不能說(shuō)明F與d成反比關(guān)系，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；保持q、d不變，減小Q，則F變小，θ變小，但不能說(shuō)明F與Q成正比，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 【答案】　B 4．(多選)(2016新鄉(xiāng)高二檢測(cè))兩個(gè)完全相同的小金屬球，它們的帶電荷量之比為5∶1(皆可視為點(diǎn)電荷)，它們?cè)谙嗑嘁欢ň嚯x時(shí)相互作用力為F1，如果讓它們接觸后再放回各自原來(lái)的位置上，此時(shí)相互作用力變?yōu)镕2，則F1∶F2可能為(　　) A．5∶2　　　　　 B．5∶4 C．5∶6 D．5∶9 【解析】　它們?cè)谙嗑嘁欢ň嚯x時(shí)相互作用力為F1＝k；若兩電荷異性，接觸后再分開，兩球電量的絕對(duì)值為2q，此時(shí)兩球的庫(kù)侖力F2＝k＝F1，則F1∶F2為5∶4，若兩電荷同性，接觸后再分開，兩球電量的絕對(duì)值為3q，此時(shí)兩球的庫(kù)侖力F2＝k＝F1，則F1∶F2為5∶9，故B，D正確，A，C錯(cuò)誤． 【答案】　BD 5．人類已探明某星球帶負(fù)電，假設(shè)它是一個(gè)均勻帶電的球體，將一帶負(fù)電的粉塵置于該星球表面h高處，恰處于懸浮狀態(tài)，現(xiàn)設(shè)科學(xué)家將同樣的帶電粉塵帶到距星球表面2h高處無(wú)初速度釋放，則此帶電粉塵將(不考慮星球的自轉(zhuǎn)影響)(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37930006】 A．向星球中心方向下落　　 B．被推向太空 C．仍在那里懸浮 D．無(wú)法確定 【解析】　在星球表面h高度處，粉塵處于懸浮狀態(tài)，說(shuō)明粉塵所受庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力平衡，k＝G，得kq1q2＝Gm1m2；當(dāng)離星球表面2h高度時(shí)，所受合力F＝k－G.結(jié)合上式可知，F(xiàn)＝0，即受力仍平衡．由于庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力都遵從二次方反比規(guī)律，因此該粉塵無(wú)論距星球表面多高，都處于懸浮狀態(tài)． 【答案】　C 6．(多選)(2015沈陽(yáng)高二檢測(cè))兩個(gè)帶有同種電荷的小球A、B，放在光滑絕緣水平面上，其中小球A固定，小球B只在庫(kù)侖力作用下由靜止開始沿水平面運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，小球B的加速度a和速度v的變化是(　　) A．a(chǎn)一直在增大 B．a(chǎn)一直在減小 C．v一直在增大 D．v一直在減小 【解析】　B在A的靜電斥力的作用下，向遠(yuǎn)離A的方向運(yùn)動(dòng)，由F＝k可知，小球B所受庫(kù)侖力逐漸減小，其加速度逐漸減小，但因小球B的加速度與速度方向相同，小球B的速度將逐漸增大，故B、C正確． 【答案】　BC 7．(2016漳州高二檢測(cè))如圖128所示，用絕緣細(xì)線懸掛的兩個(gè)帶電小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，電荷量分別為qA、qB，相距L，則A對(duì)B的庫(kù)侖力(　　) 圖128 A．FAB＝k，方向由A指向B B．FAB＝k，方向由A指向B C．FAB＝k，方向由B指向A D．FAB＝k，方向由B指向A 【解析】　由于兩小球是相互吸引關(guān)系，所以A對(duì)B的庫(kù)侖力的方向由B指向A，根據(jù)庫(kù)侖定律可得FAB＝k，故C正確． 【答案】　C 8．(2016德州高二檢測(cè))如圖129所示，一個(gè)掛在絕緣細(xì)線下端的帶正電的小球B，靜止在圖示位置，若固定的帶正電的小球A的電荷量為Q，B球的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，θ＝30，A和B在同一條水平線上，整個(gè)裝置處于真空中，求A、B兩球間的距離． 圖129 【解析】　對(duì)小球B受力分析，如圖所示， 小球B受豎直向下的重力mg，沿絕緣細(xì)線的拉力T，A對(duì)它的庫(kù)侖力FAB，由力的平衡條件，可知FAB＝mgtan θ.根據(jù)庫(kù)侖定律FAB＝k，解得 r＝＝ 【答案】　 [能力提升] 9．三個(gè)相同的金屬小球1、2、3分別置于絕緣支架上，各球之間的距離遠(yuǎn)大于小球的直徑．球1的帶電量為q，球2的帶電量為nq，球3不帶電且離球1和球2很遠(yuǎn)，此時(shí)球1、2之間作用力的大小為F.現(xiàn)使球3先與球2接觸，再與球1接觸，然后將球3移至遠(yuǎn)處，此時(shí)球1、2之間作用力的大小仍為F，方向不變．由此可知(　　) A．n＝3 B．n＝4 C．n＝5 D．n＝6 【解析】　設(shè)球1、2間的距離為R，則F＝k，球3與球2接觸后，它們的帶電量均為；球3與球1接觸后，它們的帶電量均為，則F＝k.聯(lián)立兩式解得n＝6，D正確． 【答案】　D 10．一個(gè)內(nèi)表面光滑的半球形碗放在水平桌面上，碗口處于水平狀態(tài)，O是球心．有兩個(gè)帶同種電荷且質(zhì)量分別為m1和m2可視為質(zhì)點(diǎn)的小球，當(dāng)它們靜止后處于如圖1210所示狀態(tài)，則m1和m2對(duì)碗的彈力大小之比為(　　) 圖1210 A．1∶ B.∶1 C．2∶ D.∶2 【解析】　選取兩小球組成的整體為研究對(duì)象，受力分析并正交分解如圖： 由平衡條件得：F1在水平方向的分力F′和F2在水平方向的分力F″大小相等． 即F1cos 60＝F2cos 30，所以：＝. 【答案】　B 11．如圖1211，兩個(gè)正電荷q1和q2的電量都是3C，靜止于真空中的A、B兩點(diǎn)，相距r＝2 m. 圖1211 (1)在它們的連線AB的中點(diǎn)O放入正電荷Q，求Q受的靜電力． (2)在它們連線上A點(diǎn)左側(cè)P點(diǎn)，AP＝1 m，放置負(fù)電荷q3，q3＝－1 C，求q3所受靜電力． 【解析】　(1)依據(jù)庫(kù)侖定律可知q1、q2對(duì)Q的庫(kù)侖力大小相等，方向相反，故Q受的靜電力為零． (2)如圖，q3受q1的引力F31，方向向右，受q2的引力F32，方向向右，合力為F3＝F31＋F32＝k＋k＝31010 N. 【答案】　(1)零　(2)31010 N，方向向右 12.如圖1212所示，光滑絕緣水平面上固定著A、B、C三個(gè)帶電小球，它們的質(zhì)量均為m、間距均為r，A、B帶正電，電荷量均為q.現(xiàn)對(duì)C施一水平力F的同時(shí)放開三個(gè)小球，欲使三小球在運(yùn)動(dòng)過程中保持間距r不變，求： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：37930007】 圖1212 (1)C球的電性和電荷量； (2)水平力F的大?。? 【解析】　(1)A球受到B球的庫(kù)侖力F1和C球的庫(kù)侖力F2作用后，產(chǎn)生水平向右的加速度，故F2必為引力，C球帶負(fù)電．如圖所示，根據(jù)庫(kù)侖定律F1＝k及F2＝k，F(xiàn)1與F2的合力方向水平向右，求得F2＝2F1，故q0＝2q. (2)對(duì)A球：a＝＝ 對(duì)系統(tǒng)整體：F＝3ma，故F＝3 k. 【答案】　(1)負(fù)電　2q　(2)3k