1.(多选)关于电场,下列说法正确的是( )
A.由E=知,若q减半,则该处场强为原来的2倍
B.由E=知,E与Q成正比,而与r2成反比
C.由E=知,在以Q为球心、r为半径的球面上,各处场强大小相同,但方向不同
D.电场中某点的场强方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向
解析:选BC.因E=为场强的定义式,而电场中某点场强E只由电场本身决定,与是否引入试探电荷q及q的大小、正负无关,故选项A错误.E=是点电荷Q的电场中各点场强的决定式,故E∝是正确的,即选项B正确.因场强是矢量,E相同意味着大小、方向都相同,而在球面上各处E大小相同而方向不同,故选项C正确.因E只与正电荷受力方向相同,而与负电荷受力方向相反,故选项D错误.
2.(多选)关于电势差的计算公式,下列说法正确的是( )
A.电势差的公式UAB=说明两点间的电势差UAB与电场力做功WAB成正比,与移动电荷的电荷量q成反比
B.把正电荷从A点移到B点电场力做正功,则有UAB>0
C.电势差的公式UAB=中,UAB与移动电荷的电荷量q无关
D.电场中A、B两点间的电势差UAB等于把正电荷q从A点移动到B点时电场力所做的功
解析:选BC.电场中两点间的电势差是一个定值,不会随着电场力做的功WAB和移动电荷的电荷量q的变化而变化,故A错、C对;又由UAB=知,电场力做正功,q为正电荷,则电势差为正,即B正确;电场中A、B两点间的电势差UAB在数值上等于把单位正电荷从A点移动到B点时电场力所做的功,故D错误.
3.如图所示,沿x轴正向的匀强电场中,有一动点以O为圆心,半径为r做逆时针转动一周,A点为连线OA与x轴正向成θ角时圆周上的一点,电场强度为E,则此圆周上各点与A点间最大的电势差为( )
A.U=Er B.U=Er(sin θ+1)
C.U=Er(cos θ+1) D.U=2Er
解析:选C.由U=Ed知,与A点间电势差最大的点应是沿场强方向与A点相距最远的点,dmax=r+rcos θ,所以Umax=Er(cos θ+1),选项C对.
4.(2016.湖北华师一附中等八校联考)英国科学家法拉第最先尝试用“线”描述磁场和电场,有利于形象理解不可直接观察的电场和磁场的强弱分布.如图所示为一对等量异种点电荷,电荷量分别为+Q、-Q.实线为电场线,虚线圆的圆心O在两电荷连线的中点,a、b、c、d为圆上的点,下列说法正确的是( )
A.a、b两点的电场强度相同
B.b、c两点的电场强度相同
C.c点的电势高于d点的电势
D.d点的电势等于a点的电势
解析:选D.a、b、c、d在同一个圆上,电场线的疏密表示场强的强弱,故四点的场强大小相等,但是方向不同,选项A、B错误;沿电场线方向电势降低,故c点电势低于d点电势,选项C错误;a、d两点关于两电荷连线对称,故电势相等,选项D正确.
5.地球表面附近某区域存在大小为150 N/C、方向竖直向下的电场.一质量为1.00×10-4kg、带电荷量为-1.00×10-7C的小球从静止释放,在电场区域内下落10.0 m.对此过程,该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取9.80 m/s2,忽略空气阻力)( )
A.-1.50×10-4 J和9.95×10-3J
B.-1.50×10-4 J和9.95×10-3J
C.-1.50×10-4 J和9.65×10-3J
D.1.50×10-4 J和9.65×10-3J
解析:选D.W=-ΔEp,W=-qEd=-1.50×10-4 J,所以ΔEp=1.50×10-4 J.据动能定理,-qEd+mgd=ΔEk,ΔEk=9.65×10-3 J,选项D正确.
6.(多选)如图甲,直线MN表示某电场中一条电场线,a、b是线上的两点,将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放,粒子从a运动到b过程中的v-t图线如图乙所示,设a、b两点的电势分别为φa、φb,场强大小分别为Ea、Eb,粒子在a、b两点的电势能分别为Wa、Wb,不计重力,则有( )
A.φa>φb B.Ea>Eb
C.Ea<Eb D.Wa>Wb
解析:选BD.电场线为直线,带负电的粒子仅在电场力的作用下由静止释放,那么一定沿着电场力的方向运动,故电场强度的方向向左,b点的电势高,选项A错误;由v-t图象的斜率表示粒子运动的加速度可知粒子运动的加速度越来越小,故b点的场强小,Ea>Eb,选项B正确,C错误;电场力做正功,电势能减少,选项D正确.
7.(2016.唐山模拟)如图所示,匀强电场中的A、B、C三点构成一边长为a的等边三角形.电场强度的方向与纸面平行.电子以某一初速度仅在静电力作用下从B移动到A的过程中动能减少E0,质子仅在静电力作用下从C移动到A的过程中动能增加E0,已知电子和质子电荷量的绝对值均为e,则匀强电场的电场强度为( )
A. B.
C. D.
解析:选C.对电子从B到A的过程,由动能定理可知,-eUBA=-E0;对质子从C到A的过程,有eUCA=E0,可见UBA=UCA,故B、C两点电势相等,在同一等势面上,AB沿电场线方向上的距离d=asin 60°=a,由场强与电势差的关系E=解得E=,选项C正确.
8.(2016.江苏南京、盐城联考)如图甲所示,x轴上固定两个点电荷Q1、Q2(Q2位于坐标原点O),其上有M、N、P三点,间距MN=NP,Q1、Q2在x轴上产生的电势φ随x变化关系如图乙.则( )
A.M点电场场强大小为零
B.N点电场场强大小为零
C.M、N之间电场方向沿x轴负方向
D.一正试探电荷从P移到M过程中,电场力做功|WPN|=|WNM|
解析:选B.由题图可知,由M到N电势降低,由无限远处到N电势降低,根据沿着电场线方向电势逐渐降低的性质,可以判断MN之间电场方向沿着x轴正方向,无限远处到N点电场方向沿x轴负方向,且N点场强为零,选项A、C错误,B正确;|WPN|=|qUPN|=|q(φP-φN)|<|q(φN-φM)|=|WNM|,选项D错误.
9.(2016.湖北八市联考)(多选)如图所示,M和N是两个带有异种电荷的带电体(M在N的正上方,图示平面为竖直平面),P和Q是M表面上的两点,S是N表面上的一点.在M和N之间的电场中画有三条等势线.现有一个带正电的油滴从E点射入电场,它经过了F点和W点,已知油滴在F点时的机械能大于在W点的机械能.(E、W两点在同一等势线上,不计油滴对原电场的影响,不计空气阻力)则以下说法正确的是( )
A.P和Q两点的电势不相等
B.P点的电势低于S点的电势
C.油滴在F点的电势能高于在E点的电势能
D.油滴在E、F、W三点的“机械能和电势能总和”不变
解析:选BD.P、Q两点均处于带电体M的外表面,这两点电势相等,选项A错误;带正电的油滴在F点的机械能大于在W点的机械能,因而从E点运动到F点的过程中,电场力做正功,P点的电势低于S点的电势,选项B正确;油滴在F点的电势能低于在E点的电势能,选项C错误;只有电场力和重力做功,故机械能与电势能之和为定值,选项D正确.
10.如右图所示,空间有与水平方向成θ角的匀强电场,一个质量为m的带电小球,用长L的绝缘细线悬挂于O点.当小球静止时,细线恰好处于水平位置,现用一个外力将小球沿圆弧缓慢地拉到最低点,此过程小球的电荷量不变,则该外力做的功为( )
A.mgL B.mgLtan θ
C. D.
解析:选C.
小球静止时受力如图所示,则静电力F=.细线在电场方向的距离如图所示.由动能定理W外-F(Lsin θ+Lcos θ)+mgL=0,将F=代入可解得W外=,C正确.
11.(2016.河北衡水中学调研)如图所示,在A点固定一正电荷,电荷量为Q,在离A高度为H的C处由静止释放某带同种电荷的液珠,开始运动的瞬间加速度大小恰好为重力加速度g.已知静电力常量为k,两电荷均可看成点电荷,不计空气阻力.
(1)求液珠的比荷;
(2)求液珠速度最大时离A点的距离h;
(3)若已知在点电荷Q的电场中,某点的电势可表示成φ=,其中r为该点到Q的距离(选无限远的电势为零).求液珠能到达的最高点B离A点的高度rB.
解析:(1)设液珠的电荷量为q,质量为m,有
k-mg=mg
解得液珠的比荷为=.
(2)当液珠速度最大时有k=mg
解得h=H.
(3)设CB间的电势差为UCB,有
UCB=φC-φB=-
根据动能定理有qUCB-mg(rB-H)=0
解得rB=2H.
答案:(1) (2)H (3)2H
12.长为L的细线,上端固定,下端拴一质量为m、带电荷量为q的小球,处于如图所示的水平向右的匀强电场中,开始时,将线与小球拉成水平,然后释放,小球由静止开始向下摆动,当细线转过60°角时,小球到达B点速度恰好为零. 试求:
(1)AB两点的电势差UAB;
(2)匀强电场的电场强度大小;
(3)小球到达B点时,细线对小球的拉力大小.
解析:(1)小球下落过程中重力和电场力做功,
由动能定理得:
mgLsin 60°+UABq=0
故UAB=-.
(2)根据匀强电场中电势差和电场强度的关系知:
UBA=-UAB=EL(1-cos 60°)
故E==.
(3)在B点对小球受力分析如图所示.
由圆周运动知:FT-Eqcos θ-mgsin θ=m
其中Eq=mg
因为vB=0,故
FT-Eqcos 60°-mgsin 60°=0
故FT=Eqcos 60°+mgsin 60°=mg.
答案:(1)- (2) (3)mg