甘肃省兰州市第一中学物理 静电场及其应用精选测试卷专题练习

甘肃省兰州市第一中学物理 静电场及其应用精选测试卷专题练习

一、第九章 静电场及其应用选择题易错题培优（难）

1．如图所示，a 、b 、c 、d 四个质量均为 m 的带电小球恰好构成“三星拱月”之形，其中 a 、b 、c 三个完全相同的带电小球在光滑绝缘水平面内的同一圆周上绕 O 点做半径为 R 的匀速圆周运动，三小球所在位置恰好将圆周等分。小球 d 位于 O 点正上方 h 处，且在外力 F 作用下恰处于静止状态，已知 a 、b 、c 三小球的电荷量大小均为 q ，小球 d 的电荷量大小为 6q ，h ＝2R 。重力加速度为 g ，静电力常量为 k 。则（ ）

A ．小球 a 一定带正电

B ．小球 c 的加速度大小为2

2

33kq mR

C ．小球 b 2R mR

q k

πD ．外力 F 竖直向上，大小等于mg ＋2

2

6kq R

【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】

A ．a 、b 、c 三小球所带电荷量相同，要使三个做匀速圆周运动，d 球与a 、b 、c 三小球一定是异种电荷，由于d 球的电性未知，所以a 球不一定带正电，故A 错误。 BC ．设 db 连线与水平方向的夹角为α，则

223cos 3R h α==+ 22

6sin 3

R h α=

+＝

对b 球，根据牛顿第二定律和向心力得：

22222264cos 2cos302cos30()q q q k k mR ma h R R T

πα?-?==+? 解得

23R

mR

T q k

π=

2

2

33kq a mR

= 则小球c 的加速度大小为2

33kq mR

，故B 正确，C 错误。 D ．对d 球，由平衡条件得

2

226263sin q q kq F k mg mg h R R

α?=+=++ 故D 正确。 故选BD 。

2．如图所示，一带电小球P 用绝缘轻质细线悬挂于O 点。带电小球Q 与带电小球P 处于同一水平线上，小球P 平衡时细线与竖直方向成θ角（θ<45°）。现在同一竖直面内向右下方缓慢移动带电小球Q ，使带电小球P 能够保持在原位置不动，直到小球Q 移动到小球P 位置的正下方。对于此过程，下列说法正确的是（ ）

A ．小球P 受到的库仑力先减小后增大

B ．小球P 、Q 间的距离越来越小

C ．轻质细线的拉力先减小后增大

D ．轻质细线的拉力一直在减小 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】

画出小球P 的受力示意图，如图所示

当小球P 位置不动，Q 缓慢向右下移动时，Q 对P 的库仑力先减小后增大，根据库仑定律

可得，QP 间的距离先增大后减小；轻质细线的拉力则一直在减小，当Q 到达P 的正下方

时，轻质细线的拉力减小为零，故选AD 。

3．如图所示，用两根等长的绝缘细线各悬挂质量分别m A 和m B 的小球，分别带q A 和q B 的正电荷，悬点为O ，当小球由于静电力作用张开一角度时，A 球悬线与竖直线夹角为α，B 球悬线与竖直线夹角为β，则（ ）

A ．sin sin A

B m m βα= B ．sin sin A B B A m q m q βα=

C ．

sin sin A B q q βα

= D ．两球接触后，再静止下来，两绝缘细线与竖直方向的夹角变为α'、β'，有

sin sin sin sin ααββ'

='

【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】

AB ．如下图，对两球受力分析，根据共点力平衡和几何关系的相似比，可得

A m g OP F PA =库

，B m g OP

F PB

=库 由于库仑力相等，联立可得

A B m PB

m PA

= 由于sin cos OA PA αθ?=

，sin cos OB PB β

θ

?=，代入上式可得

sin sin A B m m βα

= 所以A 正确、B 错误；

C ．根据以上分析，两球间的库仑力是作用力与反作用力，大小相等，与两个球带电量的多少无关，所以不能确定电荷的比例关系，C 错误；

D ．两球接触后，再静止下来，两绝缘细线与竖直方向的夹角变为α'、β'，对小球A 、B 受力分析，根据上述的分析，同理，仍然有相同的关系，即

sin sin A B m m βα'

='

联立可得

sin sin sin sin ααββ'

='

D 正确。 故选AD 。

4．如图所示，竖直平面内固定一倾斜的光滑绝缘杆，轻质绝缘弹簧上端固定，下端系带正电的小球A ，球A 套在杆上，杆下端固定带正电的小球B 。现将球A 从弹簧原长位置由静止释放，运动距离x 0到达最低点，此时未与球B 相碰。在球A 向下运动过程中，关于球A 的速度v 、加速度a 、球A 和弹簧系统的机械能E 、两球的电势能E p 随运动距离x 的变化图像，可能正确的有（ ）

A ．

B ．

C ．

D ．

【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】

令A 、B 小球分别带电量为1q 、2q ，释放A 球时A 、B 间距为r ，弹簧的劲度系数为K 。则 A ．在小球A 运动到最低点的过程中，受力分析如图所示

加速阶段有

12

2

sin ()kq q ma mg θKx r x =-

--

减速阶段有

12

2

sin ()kq q ma Kx mg θr x =

+--

所以小球先做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动，越向下运动，弹力和电场力越大，所以减速阶段速度减小的更快，速度减为零的时间更短，和加速阶段不对称，A 错误；

B ．小球做加速度减小的加速运动时，

122

sin ()kq q K

a g θx m r x m

=-

-- 对a 求导则

1232d d ()kq q a K x m r x m

=-- 则加速阶段，加速度随着运动距离x 的增加而减小，且加速减小得越来越快（即a -x 曲线越来越陡峭）。 同理，减速阶段

122sin ()kq q K

a x g θm r x m =

+--

123

2d d ()kq q a K

x m m r x =-- 在减速阶段加速度运动距离x 的增加而减加而增大，且加速度增加得越来越慢（即a -x 曲线越来越平缓），故B 错误；

C ．小球向下运动过程中，由于要克服电场力做功，所以球A 和弹簧系统的机械能E 逐渐减小，越靠近B 小球，电场力越大，机械能减小的越快，所以图像的斜率的绝对值越来越大，C 正确；

D ．小球向下运动过程中，电场力做负功，所以电势能逐渐增大，越靠近B 小球，电场力越大，电势能增大的越快，所以图像的斜率越来越大，D 正确。 故选CD 。

5．如图所示，质量相同的A 、B 两物体放在光滑绝缘的水平面上，所在空间有水平向左的匀强电场，场强大小为E ，其中A 带正电，电荷量大小为q ，B 始终不带电。一根轻弹簧一端固定在墙面上，另一端与B 物体连接，在电场力作用下，物体A 紧靠着物体B ，一起压缩弹簧，处于静止状态。现在A 物体上施加一水平向右的恒定外力F 。弹簧始终处于弹性限度范围内，下列判断正确的是（ ）

A ．若F = qE ，则弹簧恢复到原长时A 、

B 两物体分离 B ．若F = qE ，则弹簧还未恢复到原长时A 、B 两物体分离

C ．若F > qE ，则弹簧还未恢复到原长时A 、B 两物体分离

D ．若F < q

E ，则A 、B 两物体不能分离，且弹簧一定达不到原长位置 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】

AB ．若F = qE ，A 物体所受合力为0，在弹簧处于压缩状态时，B 物体由于弹簧的作用向右加速运动，而A 物体将被迫受到B 物体的作用力以相同的加速度一起向右加速运动，A 、B 两物体未能分离，当弹簧恢复到原长后，B 物体在弹簧的作用下做减速运动，A 物体做匀速直线运动，则B 物体的速度小于A 物体的速度，A 、B 两物体将分离，故A 正确，B 错误；

C ．若F > qE ，A 物体将受到水平向右恒力F A = F ? qE 的作用，弹簧在恢复到原长之前，对B 物体的弹力逐渐减小，则B 物体的加速度逐渐减小，当A 、B 两物体刚要分离时，A 、B 两物体接触面的作用力刚好为0，此时弹簧对B 物体的作用力所产生的加速度与恒力F A 对A 物体产生的加速度相等（a B = a A ≠ 0），此时弹簧还未恢复到原长，故C 正确；

D ．若F < q

E ，A 物体将受到水平向左恒力

F A = qE ? F 的作用，如果F A 比较小，那么A 、B 两物体还是可以分离的，并且在超过弹簧原长处分离，故D 错误。 故选AC 。

6．质量分别为A m 和B m 的两小球带有同种电荷，电荷量分别为A q 和B q ，用绝缘细线悬挂在天花板上。平衡时，两小球恰处于同一水平位置，细线与竖直方向间夹角分别为1θ与

()212θθθ>。两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动，最大速度分别为A v 和B v ，最大

动能分别为kA E 和kB E 。则（ ）

A ．A m 一定大于

B m B ．A q 一定小于B q

C ．A v 一定大于B v

D ．kA

E 一定大于kB E

【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】

A ．对小球A 受力分析，受重力、静电力、拉力，如图所示

根据平衡条件，有

1A tan F m g

θ=

故

A 1tan F

m g θ=

?

同理，有

B 2

tan F

m g θ=

?

由于12θθ>，故A B m m <，故A 错误；

B ．两球间的库仑力是作用力与反作用力，一定相等，与两个球是否带电量相等无关，故B 错误；

C ．设悬点到

AB 的竖直高度为h ，则摆球A 到最低点时下降的高度

11

1

(1)cos cos h h h h θθ?=

-=- 小球摆动过程机械能守恒，有

2

12

mg h mv ?=

解得

2v g h =??

由于12θθ>，A 球摆到最低点过程，下降的高度A B h h ?>?，故A 球的速度较大，故C 正确；

D ．小球摆动过程机械能守恒，有

k mg h E ?=

故

k (1cos )(1cos )tan FL

E mg h mgL θθθ

=?=-=

- 其中cos L θ相同，根据数学中的半角公式，得到

k 1cos (1cos )cos ()cos tan tan sin 2

FL E FL FL θθ

θθθθθ-=

-==? 其中cos FL θ相同，故θ越大，动能越大，故kA E 一定大于kB E ，故D 正确。 故选CD 。

7．如图所示，两个带电小球A 、B 分别处于光滑绝缘的竖直墙面和斜面上，且在同一竖直平面内，用水平向左的推力F 作用于B 球，两球在图示位置静止，现将B 球沿斜面向下移动一小段距离，发现A 球随之向上移动少许，两球在新位置重新平衡，重新平衡后与移动前相比，下列说法正确的是（ ）

A ．推力F 变小

B ．斜面对B 的弹力不变

C．墙面对A的弹力不变D．两球之间的距离减小

【答案】AB

【解析】

【详解】

CD．先对小球A受力分析，受重力、支持力、静电力，如图所示：

根据共点力平衡条件，有：

mg

F

cos

=

库α，N

F mgtan

=α

由于α减小，可知墙面对A的弹力变小，库仑力减小，故两球间距增加，选项CD错误；AB．对AB整体受力分析，受重力、斜面支持力N、墙壁支持力F N、推力F，如图所示：

根据共点力平衡条件，有

N

Nsin F F

Ncos m M g

+=

=+

（）

β

β

解得

()

F mgtan m M gtan

M m g

N

cos

=-+

+

=

（）

αβ

β

由于α减小，β不变，所以推力F减小，斜面对B的弹力N不变，选项AB正确。

故选AB。

8．有固定绝缘光滑挡板如图所示，A、B为带电小球（可以近似看成点电荷），当用水平向左的力F作用于B时，A、B均处于静止状态．现若稍改变F的大小，使B向左移动一段小距离（不与挡板接触），当A、B重新处于平衡状态时与之前相比（）

A．A、B间距离变小

B．水平推力力F减小

C．系统重力势能增加

D．系统的电势能将减小

【答案】BCD

【解析】

【详解】

A．对A受力分析，如图；由于可知，当B向左移动一段小距离时，斜面对A的支持力减小，库仑力减小，根据库仑定律可知，AB间距离变大，选项A错误；

B．对AB 整体，力F等于斜面对A的支持力N的水平分量，因为N减小，可知F减小，选项B正确；

C．因为AB距离增加，则竖直距离变大，则系统重力势能增加，选项C正确；

D．因为AB距离增加，电场力做正功，则电势能减小，选项D正确；

故选BCD.

9．如图所示，a、b、c、d四个质量均为m的带电小球恰好构成“三星拱月”之形，其中a、b、c三个完全相同的带电小球在光滑绝缘水平面内的同一圆周上绕O点做半径为R的匀速圆周运动，三小球所在位置恰好将圆周等分，小球d位于O点正上方h处，且在外力F作用下恰处于静止状态。已知a、b、c三小球的电荷量均为q，d球的电荷量为-6q，2

h R

，重力加速度为g，静电力常量为k，则（）

A．小球a

2 3 kq Rm

B．小球b

2

2

3

3

kq R m

C．小球c的向心加速度大小为

2

2

3

3

kq R m

D．外力F

竖直向上，大小为

2

2

26kq

R

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．通过分析，a、b、c一定带同种电荷，d与a、b、c一定带异种电荷，对小球a受力分析，在水平面上和竖直面分别如下图，小球最终的合力为

222

1222

3

3

2

2

(3)3(3)

R kq

F F F k k

R

R R R

=-=?-??=

合力提供小球做圆周运动的向心力，有

22

3

=

kq v

m

R

可得

2

3

3

kq

v

mR

=，A错误；

B．合力提供小球做圆周运动的向心力，有

2

2

3kq

mωR

解得

2

3

3

3

kq

ω

mR

=，B错误；

C．合力提供小球做圆周运动的向心力，有

2

3kq

ma

解得

2

3kq

a=C正确；

D．对d球受力分析，由平衡条件得：

2

22

2

3

(2)3

R

F mg

R R R

=

+

解得

2

26kq

mg

F+

=，D错误。

故选C 。

10．在雷雨云下沿竖直方向的电场强度为410V/m ，已知一半径为1mm 的雨滴在此电场中不会下落，取重力加速度大小为10m/2s ,水的密度为310kg/3m ．这雨滴携带的电荷量的最小值约为 A ．2?910-C B ．4?910-C

C ．6?910-C

D ．8?910-C

【答案】B 【解析】 【详解】

带电雨滴在电场力和重力作用下保持静止，根据平衡条件电场力和重力必然等大反向

mg qE =

m V ρ=

34

3

V r π=

解得：

9410q C -?＝

ACD 、与计算不符，ACD 错误； B 、与计算结果相符，B 正确 【点睛】

本题关键在于电场力和重力平衡，要求熟悉电场力公式和二力平衡条件；要使雨滴不下落，电场力最小要等于重力．

11．如图所示，固定在竖直面内的光滑金属细圆环半径为R ，圆环的最高点通过长为L 的绝缘细线悬挂质量为m 、可视为质点的金属小球，已知圆环所带电荷量均匀分布且带电荷量与小球相同，均为Q (未知)，小球在垂直圆环平面的对称轴上处于平衡状态，已知静电力常量为k ，重力加速度为g ，细线对小球的拉力为F (未知)，下列说法正确的是( )

A ．Q 3

mgR kL ，F ＝mgR L

B ．Q 3

mgL kR

，F ＝mgR L

C ．Q ＝3

mgR kL ，F ＝mgL R D ．Q ＝3

mgL kR

，F ＝mgL R 【答案】D 【解析】 【详解】

由于圆环不能看成点电荷，采用微元法，小球受到的库仑力为圆环各个点对小球库仑力的合力，以小球为研究对象，进行受力分析，如图所示

则Fsin mg θ＝，其中=

R sin L θ，解得mgL

F R

= 设圆环各个点对小球的库仑力的合力为F Q ，水平方向上有2

2Q Q Fcos F k cos L

θθ==，解得

3

mgL Q kR =

，故D 项正确，ABC 三项错误．

12．如图所示，M 、N 为两个等量同种电荷，在其连线的中垂线上的P 点放一静止的点电荷q （负电荷），不计重力，下列说法中正确的是（ ）

A ．点电荷从P 到O 是匀加速运动，O 点速度达最大值

B ．点电荷在从P 到O 的过程中，电势能增大，速度越来越大

C ．点电荷在从P 到O 的过程中，加速度越来越大，速度也越来越大

D ．点电荷一定能够返回到P 点． 【答案】D 【解析】

试题分析：点电荷在从P 到O 的过程中，所受的电场力方向竖直向下，因场强大小不断变化，电场力不断变化，故做变加速运动，所以速度越来越大，到达C 点后向下运动，受电场力向上而作减速运动，故O 点速度达最大值，越过O 点后，负电荷q 做减速运动，速度越来越小，速度减到零后反向运动，返回到P 点，选项A 错误，D 正确；点电荷在从P 到O 的过程中，电场力做正功，故电势能减小，选项B 错误；因为从O 向上到无穷远，电场强度先增大后减小，P 到O 的过程中，电场强度大小变化不能确定，所以电场力无法确

定，加速度不能确定．故C错误．故选D．

考点：带电粒子在电场中的运动．

13．如图所示，有两对等量异种电荷，放在正方形的四个顶点处，a、b、c、d为正方形四个边的中点，o为正方形的中心，下列说法中正确的是

A．o点电场强度为零

B．a、c两个点的电场强度大小相等方向相反

C．将一带正电的试探电荷从b点沿直线移动到d点，电场力做功为零

D．将一带正电的试探电荷从a点沿直线移动到c点，试探电荷具有的电势能增大

【答案】C

【解析】

【详解】

A. 两个正电荷在O点的合场强水平向右，两个负电荷在O点的合场强也水平向右，所以O 点电场强度不等于零，方向水平向右。故A不符合题意；

B. 设正方形边长为L，每个电荷的电量大小为Q，对A点研究，两个正电荷在A点的合场强为零，根据平行四边形法则，两个负电荷在A点的合场强方向水平向右。则A点的电场强度方向水平向右。对C点研究，两个负电荷在C点的合场强为零，根据平行四边形法则，两个正电荷在C点的合场强方向水平向右，所以A、C两个点的电场强度方向相同。故B不符合题意；

C. 在上面两个等量异种电荷的电场中，B、D连线是一条等势线。在下面两个等量异种电荷的电场中，B、D连线是也一条等势线，所以B、D两点的电势相等，将一带正电的试探电荷从B点沿直线移动到D点，电场力做功为零，故C符合题意；

D. 根据电场的叠加原理可知，AC连线上场强方向水平向右，则将一带正电的试探电荷匀速从A点沿直线移动到C点，电场力做正功，则试探电荷具有的电势能减小，故D不符合题意。

14．如图所示，真空中有三个带等电荷量的点电荷a、b和c，分别固定在水平面内正三角形的顶点上，其中a、b带正电，c带负电。O为三角形中心，A、B、C为三条边的中点。设无穷远处电势为零。则（）

A．B、C两点电势相同

B ．B 、

C 两点场强相同 C ．电子在O 点电势能为零

D ．在O 点自由释放电子（不计重力），将沿OA 方向一直运动 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】

A ．

B 、

C 两点分别都是等量正负电荷连线的中点，由对称性知电势为零，剩下的正电荷产生了相等的电势，则 B 、C 两点电势相同，故A 正确；

B ．电场强度是矢量，场强的合成满足平行四边形定则，通过矢量的合成可得，B 、

C 点的场强大小相同，但方向不同，故B 错误；

C ．两等量异种电荷在O 点产生的总电势为零，但剩下的正电荷在O 点产生的电势为正，则 O 点的总电势为正，故电子在O 点的电势能不为零，故C 错误；

D ．ab 两个点电荷在OA 线段上的合场强方向向下，过了A 点后，ab 两个点电荷在OA 直线上向上；点电荷c 在OA 线段上的场强方向向下，过了A 点后，场强方向向下也向下，故在O 点自由释放电子（不计重力），会沿直线做加速运动，后做减速运动，直到静止，故D 错误。 故选A 。

15．如图，质量分别为 m A 和 m B 的两小球带有同种电荷，电荷量分别为 q A 和 q B ，用绝缘细线悬挂在天花板上．平衡时，两小球恰处于同一水平位置，细线与竖直方向间夹角分别为 θ1 与 θ2（θ1＞θ2）．两小球突然失去各自所带电荷后开始摆动，最大速度分别 v A 和 v B ，最大动能分别为 E kA 和 E kB ．则（ ）

A ．m A :m

B =tan θ1: tan θ2 B ．q A ：q B =1: 1

C ．1

2

:tan

tan 2

2A B v v θθ=

D ．1

2

:tan :tan

2

2

kA kB E E θθ=

【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

A ．对A 球进行受力分析可知，A 所受到的库仑力大小为

A 1tan F m g θ=

同理B 受到的库仑力为

B

2tan F m g θ=

两球间的库仑力大小相等方向相反，因此

A B 21:tan :tan m m θθ=①

A 错误；

B ．两个小球间的库仑力总是大小相等，与两小球带电量大小无关，因此无法求出两球电量间的关系，B 错误；

CD ．由于两球处于同一高度，则

1122cos cos =l l h θθ=②

又由于两球下摆的过程中，机械能守恒，则

2

k 1(1cos )2

mgl E mv θ-==

③ 由②③联立可得

11

2

2

1

1cos 1

1cos v v θθ-=-

由①②③联立利用三角函数关系可得

1

kA 2

kB tan

2tan 2

E E θθ=

C 错误，

D 正确。 故选D 。

二、第九章 静电场及其应用解答题易错题培优（难）

16．如图所示，一个内壁光滑的绝缘细直管竖直放置．在管子的底部固定一电荷量为Q （Q ＞0）的点电荷．在距离底部点电荷为h 2的管口A 处，有一电荷量为q （q ＞0）、质量为m 的点电荷由静止释放，在距离底部点电荷为h 1的B 处速度恰好为零．现让一个电荷量为q 、质量为3m 的点电荷仍在A 处由静止释放，已知静电力常量为k ，重力加速度为g ，则该点电荷运动过程中：

（1）定性分析点电荷做何运动？（从速度与加速度分析） （2）速度最大处与底部点电荷的距离 （3）运动到B 处的速度大小

【答案】（1）先做加速度减小的加速，后做加速度增大的减速运动；

（2）r =

（3）B v =【解析】 【详解】

（1）由题意知，小球应先做加速运动，再做减速运动，即开始时重力应大于库仑力；而在下落中，库仑力增大，故下落时加速度先减小，后增大；即小球先做加速度减小的加速，后做加速度增大的减速运动；

（2）当重力等于库仑力时，合力为零，此时速度最大，

23kQq F mg r

库==

解得：

r =

（3）点电荷在下落中受重力和电库仑力，由动能定理可得：

mgh +W E =0；

即

W E =-mgh ；

当小球质量变为3m 时，库仑力不变，故库仑力做功不变，由动能定理可得：

3mgh-mgh =

1

2

3mv 2； 解得：

B v =

点睛：本题综合考查动力学知识及库仑力公式的应用，解题的关键在于明确物体的运动过程；同时还应注意点电荷由静止开始运动，故开始时重力一定大于库仑力．

17．如图所示，在绝缘水平面上，相距L 的A 、B 两点处分别固定着两个带电荷量相等的正点电荷，a 、b 是AB 连线上的两点，其中4

L

Aa Bb ==

，O 为AB 连线的中点，一质量为m 、带电荷量为+q 的小滑块（可以看作质点）以初动能E 从a 点出发，沿直线AB 向b 点运动，其中小滑块第一次经过O 点时的动能为初动能的n 倍(1)n >，到达b 点时动能恰好为零，小滑块最终停在O 点重力加速度为g ，求： （1）小滑块与水平面间的动摩擦因数；

（2）O 、b 两点间的电势差； （3）小滑块运动的总路程.

【答案】（1）k02E mgL μ= （2）k0(21)2Ob n E U q -=- （3）21

4

n s L +=

【解析】 【详解】 （1）由4

L

Aa Bb ==，0为AB 连线的中点知a 、b 关于O 点对称，则a 、b 两点间的电势差0ab U =;

设小滑块与水平面间的摩擦力大小为f ，在滑块从a 点运动到b 点的过程中，由动能定理得

k002

ab L

qU f E -?

=- 又摩擦力

f m

g μ=

解得

2k E mgL μ=

. （2）在滑块从O 点运动到b 点的过程中，由动能定理得

004

ob k L

qU f nE -?

=- 解得

ko

(21)2ob n E U q

-=-

. （3）对于小滑块从a 开始运动到最终在O 点停下的整个过程，由动能定理得

000a x k qU f E -=-

又

(21)2kO

aO Ob n E U U q

-=-=

解得

21

4

n s L +=

.

18．如右图所示，在方向竖直向下的匀强电场中，一个质量为m 、带负电的小球从斜直轨道上的A 点由静止滑下，小球通过半径为R 的圆轨道顶端的B 点时恰好不落下来．若轨道

是光滑绝缘的，小球的重力是它所受的电场力2倍，试求：

⑴A点在斜轨道上的高度h；

⑵小球运动到最低点C时，圆轨道对小球的支持力．

【答案】(1)5

2

R (2) 3mg

【解析】

试题分析：由题意得：mg=2Eq

设小球到B点的最小速度为V B，则由牛顿第二定律可得：

mg-Eq=m

2

B

v

R

；

对AB过程由动能定理可得：

mg（h-2R）-Eq（h-2R）=1

2

mV B2；

联立解得：h=5

2 R；

（2）对AC过程由动能定理可得：

mgh-Eqh=1

2

mv c2；

由牛顿第二定律可得：

F+Eq-mg=m

2 C v R

联立解得：F=3mg；由牛顿第三定律可得小球对轨道最低点的压力为3mg．

考点：牛顿定律及动能定理．

19．如图所示，一条长为l的细线,上端固定,下端拴一质量为m的带电小球．将它置于一匀强电场中,电场强度大小为E，方向水平向右.已知当细线离开竖直位置的偏角为α时,小球处于平衡状态．

（1)小球带何种电荷并求出小球所带电荷量；

（2)若将小球拉到水平位置后放开手，求小球从水平位置摆到悬点正下方位置的过程中，电场力对小球所做的功．

【答案】(1)正，tan /mg E α （2）tan mgl α 【解析】 【详解】

（1）小球所受电场力的方向与场强方向一致，则带正电荷； 由平衡可知：

Eq =mgtanα

得：

mgtan q E

α

=

（2）小球从水平位置摆到悬点正下方位置的过程中，电场力做负功，大小为

W =Eql = mgltanα

20．如图所示，长l =1 m 的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角θ=37°．已知小球所带电荷量q =1.0×10–6 C ，匀强电场的场强E =3.0×103 N/C ，取重力加速度g =10 m/s 2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8．求：

（1）小球所受电场力F 的大小和小球的质量m ；

（2）将小球拉至最低点由静止释放，小球回到绳与竖直方向的夹角θ=37°时速度v 的大小；

（3）在（2）所述情况下小球通过绳与竖直方向的夹角θ=37°时绳中张力T 的大小． 【答案】（1）F = 3.0×10-3 N m=4.0×10–4 kg （2）5m/s v = （3）T =7.0×10-3 N

【解析】 【分析】 【详解】

（1）小球受到的电场力的大小为：

F =qE =1.0×10–6×3.0×103N =3.0×10-3 N

小球受力如图所示：