第二章 静电场典型例题
第二章 静电场
2.1一半径为a 的均匀带电圆环，电荷总量为q ，求：(1)圆环轴线上离环
中心o 点为z 处的电场强度E
题1图
解：(1)如图所示，环上任一点电荷元dq 在P 点产生的场强为2
04R dq
E d πε=
由
对称性可知，整个圆环在P 点产生的场强只有z 分量，即
(
)
2
32202
04cos z
a zdq R
z
R r dq E d E d z +==
=πεπεθ
积分得到
()(
)
(
)
(
)
2
322
02
322
0232202
322042444z
a qz
a z
a z dl
z
a z dq z
a z E l
z +=
+=
+=
+=??
πεππελλπεπε
2.2 半径为a 的圆面上均匀带电，电荷面密度为δ，试求：(1)轴线上离圆心为z 处的场强，(2)在保持δ不变的情况下，当0→a 和∞→a 时结果如何？(3)在保持总电荷δπ2a q =不变的情况下，当0→a 和∞→a 时结果如何?
题2图
解：(1)如图所示，在圆环上任取一半径为r 的圆环，它所带的电荷量为δπdr dq 2=由习题2．1的结果可知该回环在轴线上P 点处的场强为
(
)
()
2
322
2
322024z
r
rdr
z z
r zdq E d +=
+=
εδπε
则整个均匀带电圆面在轴线上P 点出产生的场强为
()
???
?
??+-=
+=
?
2200
2
322
122z a z z
r
rdr
z E a
z εδεδ （2）若δ不变，当0→a 时，则0)11(20
=-=εδ
z E ；
当∞→a ，则0
02)01(2εδ
εδ=
-=z E (3)若保持δπ2a q =不变，当0→a 时，此带电圆面可视为一点电荷。则
2
04z q E z πε=
。当∞→a 时，0→δ，则0=z E
。
2.3 在介电常数为ε的无限大约均匀介质中，有一半径为a 的带电q 的导体球，求储存在介质中的静电能量。
解：导体在空间各点产生的电场为
)
()
0(02
a r r r q
E a r E r w >=<<=πε
故静电能量为
a q dr r r q dV
E dV E D W V V πεππεεε84421
2
1212
2
2
2
2
=??
? ??==?=???∞
2.4 有一同轴圆柱导体，其内导体半径为a ，外导体内表面的半径为b ，
其间填充介电常数为ε的介质，现将同轴导体充电，使每米长带电荷λ。试证明储存在每米长同轴导体间的静电能量为
a
b W ln 42πελ=
证：在内外导体间介质中的电场为
)(2b r a r
E <<=πελ
沿同轴线单位长度的储能为
a
b dr r e dV
E e
dV D E W ln 42222
212
2πελππελ=??? ??==?=???
2.5 已知两半径分别为a 和)(a b b >的同轴圆柱构成的电容器，其电位差为V 。试证：将半径分别为a 和b ，介电常数为ε的介质管拉进电容器时，拉力为
a
b V F ln )(20εεπ-=
证：内外导体间的电场为
a
b r V E r ln
=
插入介质管后的能量变化为
a
b zV dz dr r a b r
B dV E W z b a v
ln )(ln 2)(21)(21
2002
22020εεππεεεε-=
??
? ??-=-=
??? 式中z 为介质管拉进电容器内的长度。故拉力为
a
b V z W F V ln )(20εεπ-=??=不变
2.6 求均匀极化介质圆球的极化电荷分布。
++--
题6图 均匀极化介质
解：圆球表面上存在极化电荷，在半个球面上为正电荷，另半个球面上为负电
荷，分布不均匀。以平行于P
的直径为z 轴，如题6图所示，则与z 轴夹角为θ的地方，极化电荷面密度为
θσcos P P n =='
2.7 真空中一半径为R 的圆球空间内，分布有体密度为ρ的电荷，ρ为常量。试求静电能量。
解：应用高斯通量定理，得出电场强度
)
(3)
(32
03
R r r R E R r r E r r >=
<=
ερερ
故
5
20
2
4
20520
2202222
154494922
R dr r r R dr r r dV E
W R R
V
e ρεππερπερεε=
??
????
+=
=
?????∞
2.8 今有一球形薄膜导体，半径为R ，其上带电荷q 。求薄膜单位面积上所受膨胀力。
解：孤立导体球电容
R R
q q
q
C 0044/πεπε?===
采用球坐标，原点置于球心，选g 为R ，则
2
02
22
22
2284222R q
C q R C C q F g C C q F R g πεπε==??=
??=
R F 的方向与R 增大的方向相同，为膨胀力。单位面积上的力为
DE E R q R F F S S R R 2
1
21
2)
4(2402
2
2022=
===='
ρερπεπ
该膨胀力是由于电荷同号相斥面产生的。
2.9 在半径为a 的球体内，均匀分布着电荷，总电荷量为q ，求各点的电场E ，并计算电场E
的散度和旋度。
题9图 电荷的球体分布
解：由于电荷分布的球对称性，电场E
只有沿r 方向的分量，并且在与带电球
同心的球面上电场E
的值处处相同。因此，在a r >的区域内，可取半径为r 的同心球面为高斯面，如题9图所示。高斯面上各点的电场E 与面元dS 的方向相同。于是，由高斯定理，有
2
4επq E r dS E dS E r S
r ===???
所以
2
04r
q E r πε=
矢量形式为
)(43
0a r r qr E >=
πε
在a r <的区域内，同样可作出半径为r 的球面为高斯面。于是，有
2
4επq E r dS E S d E r S
r '===???
式中q '为高斯面内的电荷，其值为
33
3
333/43434a
qr a q r r q =??? ??=='ππρπ 所以
)(443
03
0a r a r q E a qr E r <==πεπε 或
当a r =时，由上面的推导结果得出相同的E 值为2
04a
q πε；当a r >时，即超
过这个表面时电场是连续的。关于上面的结果示于题9图（b ）上。
下面计算电场的散度和旋度。在a r >的区域内，有
40
43030=??
?
????=??=??
?
????=??r r q E r r q E πεπε
(a) （b ）
而在a r <的区域内，有
44340
300=??=
??=
=
??=??r q E a q r q E πεερ
πεπε
2.10 已知电场强度如下式所示，求体电荷密度)(ερ电容率e 。
),(00
33
为常数E a a E a
e E r <≤=ρρ
解：因为
E D D e ερ==??，
所以
32
0334)
(E a
E a E e ερρρρρεερ=???
?
????=??=
2.11 真空中有一电荷线密度为l ρ的圆环形均匀带电线，其半径为a 。试求圆环轴线上任一场点P 处的电场强度。
题11图
解：采用圆柱坐标系，取圆环中心为原点，并使圆环的轴线与z 轴重合，如图所示。在圆环上任取一线电荷元，即''?ρρad dl dQ l l ==，它在场点P 处所产生的场强元为
R e R dQ E d
2
04πε=
其中：22a z R +=。由于电荷分布对称，场点P 处场强元的径向r 分量r dE 相互抵消，故只需计算场强元的z 分量，于是
()
'44cos 2
32
2020?περπεαd a z az R z
R dQ dE dE l z +=
=
=
在求整个带电圆环在P 点所产生的场强时，应将场点坐标暂时视为常量，而只对源点坐标积分，但积分后场强仍是场点坐标的函数，这和数学中的累积分（偏积分）类似，即
(
)(
)
2
322
020
2
322
02'4a
z az
d a
z az
E l l z +=
+=
?ερ?περπ
故
(
)
z l e a z az
E 2
32
202+=
ερ
2.12 半径为R 的空心球金属薄壳内，有一点电荷q ，离球小距离为b ，R b <，如图所示。巳知球壳为个性，即壳内外表面总电荷为零。求壳内外的电场。
ε0
+
题12图（a ）
解：点电荷q 在壳内表面产生感应电荷为q q -=1金属球壳既然为中性，必须壳外表面有感应电荷q q +=2。由于金属中电场强度为零，即无电力线穿过金属，故该壳有屏蔽作用。壳内电场强度仅由点电荷q 和感应电荷1q 决定，而与感应电荷2q 无关。壳外电场强度仅由感应电荷2q 决定，而与点电荷q 和感应电荷1q 无关。
计算壳内电场强度时，采用镜象法将1q 的作用用镜象电荷t q 1来代替，如图所示。t q 1距球心为d ，b R d 2=，即q 与t q 1的位置对球心互为反演关系。t q 1的量值为
q b
R q R d q t -=-
=1 根据q 和t q 1即可计算出壳内电场强度。
1t
题12图（b ）
计算壳外电场强度时，可视力q 和t q 1皆不存在。由于2q 为均匀分布，将2
q 集中于球心是等效的。
2.13 真空中，电荷按体密度???
?
??-=2201a r ρρ分布在半径为a 的球形区域内，
其中0ρ为常数。试计算球内、外的电场强度和电位函数。
解：由于电荷分布具有球对称分布，电场也应具有球对称分布，因此，E
沿半径方向，且只是r 的函数。作一半径为r 的同心球面S ，应用高斯定律的积分形式可得。当a r >时
22
2
4επQ E r S d E S
==?? 而Q 为球面S 包围的总电荷，即球形区域内的总电荷。
()30024200
2
15844a dr a r r dr r r Q a
a
πρπρπρ=???? ?
?-==??
因此
2
03
02152r
a
a E r
ερ = 当a r <时
()???
?
??-==
=???
253002
00121534414a r r dr r r E r S d E r
S
επρπρεπ ???
?
??-=2300133a r r a E r ερ 取无穷远的电位为零，得球外的电位分布为
()r
a
r d E r 0300
22152ερφ=
?=?
∞
球面上()a r =的电位为
2
0152ερφa S =
当a r <时
()???
? ??+-=?+=?
242
2001110322a r r a r d E r a
r
S ερφφ 由于()30158a Q πρ=，在球外，电场和电位还可以写成
2
0241
r Q a E r
πε
= r
Q
0241πεφ=
2.14 已知空间某一区域内的电位分布为()()z ch y ax 32sin 2=φ，求此空间内
的体电荷分布及电场强度E
。 解：先求电荷体密度ρ
把已知电位分布()()z ch y ax 32sin 2=φ，代入泊松方程，得
()
()()0
2232sin 52ερφ-
=+=?z ch y a x ()()()z ch y a x 32sin 2520+-=ερ
再求电场强度E
由z z y y x x z y x E e E e E e z e y e x e E ++=??
??????+??+??-=-?=φφφφ ()()z ch y ax x
E x 32sin 2??-=??-
=φ
()()z ch y ax y
E y 32cos 22??-=??-=φ
()()z sh y ax z
E z 32sin 32??-=??-
=φ
2.15 将介电常数为ε、内外半径分别为a 和b 的介质球壳从无限远处移至真空中点电荷Q 的电场中，并设点电荷Q 位于坐标原点处。求此过程中电场力
所做的功。
解：由高斯定理得到
2
4r Q e D r π =
介质球壳移入前后，区域b r a <<中的静电能量密度分布为
()b r a r Q D w e <
? ??=
=2
20
0204212πεε
()b r a r Q D w e <
?
?
??==2
224212πεεε
介质球壳移入前后，静电能量的变化量为
()dV w w W V
e e e ?-=?0ε
()()ab
Q
a b dr r r Q b a επεεεππεεεε02
022
20
8442---
=?
?
?
??--=?
即e W ?-为电场力所做的功。
2.16 自由空间均匀电场0E 中有一厚度为d 的无限大均匀介质板，相对介电常数r ε，介质板的法线方向与外电场方向夹角为0θ。如果介质板中电场方向与板的法线方向夹角1θ为?45，求夹角0θ及介质板两表面上的束缚电荷面密度。 解：介质板表面不带自由电荷，则边界条件为：切向电场连续
1100sin sin θθE E =
由于表面S ρ为零，则法向电位移矢量连续
1100cos cos θθD D =
两式相除，得
01001tan tan εθεθε==
解上述方程，得
???
?
??=??
???????? ??=r ε
θεεθ1
arctan tan arctan 1100 ()边界
边界
n
n
pS
e E e P
?-=?=1r 011εερ
()()01010sin 11θεεεερE e E r z r pS --=?-=
上
()()0001000sin 1tan sin 1θεεθθεεE c E r r --=--=
()()()01010sin 11θεεεερE e E r z r pS -=-?-=
下
()000sin 1θεεE r -=
2.17 两块无限大接地导体平面分别置于0=x 和a x =处，其间在0x x =处有一面密度为0σ()
2m C 的均匀电荷分布，如图所示。求两导体板之间的电场和电位。
解：电位仅是x 的函数，满足一维拉普拉斯方程，所以
()0212=dx x d φ ()00x x << ()02
22=dx x d φ ()a x x <<0 由此可解得
()111D x C x +=φ ()00x x <<
()222D x C x +=φ ()00x x <<
()x 1φ和()x 2φ满足的边界条件为
()001=φ，()02=a φ
()()0201x x φφ=
()()00120εσφφ-=?
??
????-??=x x x x x
x 于是有
????
?
????
-=-+=+=+=001220210122100εσ
C C
D x C D x C D a C D 由此得到
()a
a x C 0001εσ--
=，01=D
a x C 0002εσ-
=，0
002εσx
D = 所以
()()
x a x a x 0001εσφ-=
()00x x <<
()()x a a
x x -=
00
02εσφ ()a x x <<0 ()()()()()a
x e dx x d e x E a
x a e dx x d e x E x x x x 00
0222000
111εσφφεσφφ =-=-?=--=-=-?=
2.18 可变空气电容器，当动片由?0至?180旋转时电容量由25至350pF 直
线地变化，当动片为θ角时，求作用于动片上的力矩。设动片与定片间的电压为V U 4000=。
解：当动片为θ角时，电容器的电容为
()F C 121080.12518025
35025-?+=?
-+=θθθ
此时电容器中的静电能量为
()2012201081.1252
1
21U U C W e -?+==θ
2.19 在平行板电极之间放置一个电荷为q 的微粒，极板间距离为l ，电荷到下极板的距离为d 。今将两极板用细导线连接在一起，如图。试求在上极板相下极板的内侧所感应出的电荷。
题19图
解：将该题视为由三个导体组成的静电独立系统；其中第一号导体是上极板；第二号导体是微粒；令第0号导体是下极板，其电位为零，电位参考点设在其上。导体电位
2121111q q ααφ+= 2221212q q ααφ+=
今将01=φ，q q =2代入上面联立式的第一式，则
2121110q q αα+= 故
q q 11
12
1αα-
= 式中，S
l
ES El q q 000
1
1
122εεφα==
=
=，S 为极板面积。但12α的计算比较复杂；今利用2112αα=，故
q q 11
12
1αα-
= 式中S
d
ES Ed q q 000
1
2
212εεφα==
=
=，因此时为均匀电场。最后得 q l d q -
=1 ()02101q l d q q q ??
?
??-=+-=
2.20 今有一球形薄膜导体，半径为R ，其上带电荷q 。求薄膜单位面积上
所受膨胀力。
解：孤文导体球电容
R R
q q
q
C 0044πεπε?
==
=
采用球坐标，原点置于球心，选g 为R ，则
g
C
C q f g ??=
222 2
02
022228422R
q C q R C C q f R πεπε==??= R f 的方向与R 增大的方向相同，为膨胀力。单位面积上的力
()
DE E R q R f f S S R R 2
1212424'022
2
02
2====
=ρερπεπ 该膨胀力是由于电荷同号相斥面产生的。
静电场经典例题
静电场练习题一 1、一个挂在绝缘细线下端的带正电的小球B,静止在图示位置,若固定的带正电小球A的电荷量为Q,B球的质量为m,带电荷量为q,θ=37°,A和B在同一条水平线上,整个装置处于真空中,求A,B两球间的距离. 2、如图所示,有一水平方向的匀强电场,场强大小为900 N/C,在电场 内一水平面上作半径为10 cm的圆心为O的圆,圆上取 A,B两点,AO沿电场方向,BO⊥OA,另在圆心处放一电荷 量为10-9 C的正点电荷,求A处和B处场强大小。 3、如图,光滑斜面倾角为37°,一质量m=1×10-2 kg、电荷量q=+1×10-6 C的小物块置于斜面上,当加上水平向右的匀强电场时,该物体恰 能静止在斜面上,g=10 m/s2,求: (1)该电场的电场强度大小; (2)若电场强度变为原来的,小物块运动的加速度大小.
4、如图所示,真空中,带电荷量分别为+Q和-Q的点电荷A,B相距r, 则: (1)点电荷A,B在中点O产生的场强分别为多大?方向如何? (2)两点电荷连线的中点O的场强为多大? (3)在两点电荷连线的中垂线上,距A,B两点都为r的O′点的场强如何? 5、一试探电荷q=+4×10-9 C,在电场中P点受到的静电力F=6×10-7N.则: (1)P点的场强大小为多少; (2)将试探电荷移走后,P点的场强大小为多少; (3)放一电荷量为q′=1.2×10-6 C的电荷在P点,受到的静电力F′的大小为多少？ 6、竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场. 其电场强度为E,在该匀强电场中,用丝线悬挂质量为m 的带电小球,丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡, 此时小球与极板间的距离为b,如图所示.(重力加速度
大学物理竞赛指导-经典力学例题-物理中心
大学物理竞赛指导-经典力学选例 一．质点运动学 基本内容：位置，速度，加速度，他们的微积分关系，自然坐标下切、法向加速度，*极坐标下径向速度，横向速度，直线运动，抛物运动，圆周运动，角量描述，相对运动 1.运动学中的两类问题 (1)已知运动方程求质点的速度、加速度。这类问题主要是利用求导数的方法。 例1 一艘船以速率ｕ驶向码头P ，另一艘船以速率v 自码头离去，试证当两船的距离最短时，两船与码头的距离之比为： ()()ααcos :cos v v ++u u 设航路均为直线，α为两直线的夹角。 证：设任一时刻船与码头的距离为x 、y ，两船的距离为l ，则有 α c o s 2222xy y x l -+= 对ｔ求导，得 ()()t x y t y x t y y t x x t l l d d c o s 2d d c o s 2d d 2d d 2d d 2αα--+= 将v , =-=t y u t x d d d d 代入上式，并应用0d d =t l 作为求极值的条件，则得 ααcos cos 0yu x y ux +-+-=v v ()()αα c o s c o s u y u x +++-=v v 由此可求得 ααc o s c o s v v ++=u u y x 即当两船的距离最短时，两船与码头的距离之比为 ()()αα c o s c o s v : v ++u u (2)已知质点加速度函数a ＝a (x ，v ，t )以及初始条件，建立质点的运动方程。这类问题主要用积分方法。 例2 一质点从静止开始作直线运动，开始时加速度为a 0，此后加速度随时间均匀增加，经过时间τ后，加速度为2a 0，经过时间2τ后，加速度为3 a 0 ,…求经过时间n τ后，该质点的速度和走过的距离。 解：设质点的加速度为 a = a 0+α t ∵ t = τ 时， a =2 a 0 ∴ α = a 0 /τ 即 a = a 0+ a 0 t /τ ， 由 a = d v /d t ， 得 d v = a d t t t a a t d )/(d 0 000τ??+=v v ∴ 2002t a t a τ +=v
物理选修3_1_第一章《静电场》典型例题
【典型例题】 [例1] 如图中虚线表示等势面，相邻两等势面间电势差相等。有一带正电 的粒子在电场中运动，实线表示该带正电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹， 粒子在a点的动能为20 eV，运动到b点时的动能为2 eV。若取c点为零势点， 则当粒子的电势能为一6 eV时，它的动能是（） A. 16 eV B. 14 eV C. 6 eV D. 4 eV 解析：因该带正电的粒子从a点运动到b点动能减少了18eV，则运动至c等势面时的动能Ekc＝20 eV一＝8eV，带电粒子的总能量E＝Ekc+Ec＝8eV+0＝8eV。当粒子的电势能为-6eV时，动能Ek＝8eV一（一6）eV＝14eV，选项B正确。 说明：带电粒子只在电场力作用下运动，动能和电势能相互转化，总能量守恒。 [例2] 如图所示，在真空中，两条长为60 cm的丝线一端固定于O点，另一 端分别系一质量均为0.1g的小球A和B。当两小球带相同的电荷量时，A球被光 滑的绝缘挡板挡住，且使OB线保持与竖直方向成60?角而静止。求： （1）小球所带电荷量；（2）OB线受到的拉力。 解析：作B 球的受力分析图如图所示，B受G、F、T三力作用，三力平衡时 表示三力的有向线段依次相接可以组成一个封闭的力三角形。由图可知，该力三角形与几何三角形AOB 相似，由于ΔAOB为等边三角形，故力三角形也是等边三角形。 设AB长为l，则（1）由F＝＝mg，得小球电荷量为 Q＝＝＝2.0×10－6 C （2）OB线受的拉力为T＝G＝mg＝0.1×10—3×10 N＝10—3 N [例3] 如图所示，用电池对电容器充电，电路a、b之间接有一灵敏电流表，两极板之间有一个电荷q处于静止状态。现将两极板的间距变大，则（） A. 电荷将向上加速运动 B. 电荷将向下加速运动 C。电流表中将有从a到b的电流 D。电流表中将有从b到a的电流
静电场典型例题集锦(打印版)
静电场典型题分类精选 一、电荷守恒定律 库仑定律典型例题 例1 两个半径相同的金属小球，带电量之比为1∶7，相距为r ，两者相互接触后再放回原来的位置上，则 相互作用力可能为原来的多少倍？ 练习.（江苏物理）1．两个分别带有电荷量Q -和+3Q 的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为r 的两处，它们间库仑力的大小为F 。两小球相互接触后将其固定距离变为2 r ，则两球间库仑力的大小为 A ． 112F B ．34F C ．4 3 F D ．12F 二、三自由点电荷共线平衡．． 问题 例1．（改编）已知真空中的两个自由点电荷A 和B, 94 A Q Q =,B Q Q =-,相距L 如图1所示。若在直线AB 上放一自由电荷C,让A 、B 、C 都处于平衡状态，则对C 的放置位置、电性、电量有什么要求？ 练习 1．（原创）下列各组共线的三个自由电荷,可以平衡的是（ ） A 、4Q 4Q 4Q B 、4Q －5Q 3Q C 、9Q －4Q 36Q D 、－4Q 2Q －3Q 2.如图1所示，三个点电荷q 1、q 2、q 3固定在一直线上，q 2与q 3的距离为q 1与q 2距离的2倍，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电量之比q 1∶q 2∶q 3为（ ） A ．－9∶4∶－36 B ．9∶4∶36 C ．－3∶2∶－6 D ．3∶2∶6 三、三自由点电荷共线不平衡．．． （具有共同的加速度）问题 例1．质量均为m 的三个小球A 、B 、C 放置在光滑的绝缘水平面的同一直线上，彼此相隔L 。A 球带电量10A Q q =，B Q q =， 若在小球C 上外加一个水平向右的恒力F ，如图4所示，要使三球间距始终保持L 运动，则外力F 应为多大？C 球的带电量C Q 有多大？ 图1 图4
静电场经典题型
库仑定律 如图，a 、b 、c 、d 为四个带电小球，仅两球之间的作用为：a 吸d 、b 斥c 、c 斥a 、d 吸b ，则（ BD ） A ． 仅有两个小球带同种电荷； B ． 仅有三个小球带同种电荷； C ． C ，d 小球带同种电荷； D ． C ，d 小球带异种电荷； 真空中两个相同的带等量异种电荷的两小球A 和B ，分别固定在两处，两球间静电力为F ，用一个不带电的同样小球C 先和A 接触，再与B 接触，然后移去C ，则A 、B 球间的静电力应为多大？若再使A 、B 球距离增大一倍，则它们的静电力又为多大？ 场强叠加 1．如图，用金属丝AB 弯成半径1r m =的圆弧，但在A 、B 之间留出宽度为2d cm =、相对来说很小的间隙将电量93.1310Q c -=?的正电荷均匀分布金属丝上，求圆心O 处的电场强 度。 2910/,N C -?指向缺口 2．两个固定的异号点电荷，电量给定但大小不等。用1E 和2E 分别表示两个点电荷产生的电场强度的大小，则在通过两点电荷的直线上，12E E =的点（ C ） A ．有三个，其中两处合场强为零。 B ．有三个，其中一处合场强为零。 C ．只有两个，其中一处合场强为零。 D ．只有一个，该处合场强不为零。 3．如图，P 、Q 是两个电量相等的正的点电荷，它们连线的中点是O ，A 、B 是中垂线上的两点， OA AB =，则（ B ） A ．A E 一定大于 B E ，A U 一定大于B U 。 B ．A E 不一定大于B E ，A U 一定大于B U 。 C ．A E 一定大于B E ，A U 不一定大于B U 。
浙江省大学物理试题库204-热力学第一定律、典型的热力学过程
浙江工业大学学校 204 条目的4类题型式样及交稿式样 热力学第一定律、典型的热力学过程 一. 选择题 题号：20412001 分值：3分 难度系数等级：2 1 如图所示，一定量理想气体从体积V1，膨胀到体积V2分别经历的过程是：A→B等压过程，A→C等温过程；A→D绝热过程，其中吸热量最多的过程 (A) 是A→B. (B) 是A→ C. (C) 是A→D. (D) 既是A→B也是A→C, 两过程吸热一样多。 [ ] 答案：A 题号：20412002 分值：3分 难度系数等级：2 2 质量一定的理想气体，从相同状态出发，分别经历等温过程、等压过程和绝热过程，使其体积增加一倍．那么气体温度的改变(绝对值)在 (A) 绝热过程中最大，等压过程中最小． (B) 绝热过程中最大，等温过程中最小． (C) 等压过程中最大，绝热过程中最小． (D) 等压过程中最大，等温过程中最小．［］ 答案：D 题号：20412003 分值：3分 难度系数等级：2 V
3 一定量的理想气体，从a 态出发经过①或②过程到达b 态，acb 为等温线(如图)，则①、②两过程中外界对系统传递的热量Q 1、Q 2是 (A) Q 1>0，Q 2>0． (B) Q 1<0，Q 2<0． (C) Q 1>0，Q 2<0． (D) Q 1<0，Q 2>0． ［ ］ 答案：A 题号：20413004 分值：3分 难度系数等级：3 4 一定量的理想气体分别由初态a 经①过程ab 和由初态a ′经 ②过程a ′cb 到达相同的终态b ，如p －T 图所示，则两个过程中 气体从外界吸收的热量 Q 1，Q 2的关系为： (A) Q 1<0，Q 1> Q 2． (B) Q 1>0，Q 1> Q 2． (C) Q 1<0，Q 1< Q 2． (D) Q 1>0，Q 1< Q 2． ［ ］ 答案：B 题号：20412005 分值：3分 难度系数等级：2 5. 理想气体向真空作绝热膨胀． (A) 膨胀后，温度不变，压强减小． (B) 膨胀后，温度降低，压强减小． (C) 膨胀后，温度升高，压强减小． (D) 膨胀后，温度不变，压强不变． ［ ］ 答案：A 题号：20412006 分值：3分 难度系数等级：2 6. 一定量的理想气体，从p －V 图上初态a 经历(1)或(2)过程到达末态b ，已知a 、b 两 态处于同一条绝热线上(图中虚线是绝热线)，则气体在 (A) (1)过程中吸热，(2) 过程中放热． (B) (1)过程中放热，(2) 过程中吸热． (C) 两种过程中都吸热． (D) 两种过程中都放热． ［ ］ 答案：B 题号：20412007 分值：3分 p p p V
静电场总结、题型归纳
高二物理选修3-1《静电场》总结 一、夯实基础知识 （一）电荷及守恒定律 1. 电荷守恒定律 （1）两种电荷：______和_____荷，任何带电体所带电量是基元电荷的_______倍。 （2）基元电荷e 19 106.11-?=______________，质子和电子所带电量等于一个基本电荷的电量。 （3）电荷守恒定律：一个与外界无电荷交换的系统，电荷的_____________守恒。 2. 库仑定律 （1）容：_________________________________________________________________ ___________________________________________________。 （2）公式：21r Q Q K F =_________________，F 叫库仑力或静电力，也叫电场力。它可以是引 力，也可以是斥力，K 叫静电力常量，29/109C m N K ??=_________________________。 （3）适用条件：__________________（带电体的线度远小于电荷间的距离r 时，带电体的形状和大小对相互作用力的影响可忽略不计时，可看作是点电荷）（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r 都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心间距代替r ）。 （二）电场强度 1. 电场 ___________周围存在的一种物质。电场是__________的，是不以人的意志为转移的，只要电荷存在，在其周围空间就存在电场，电场具有___的性质和______的性质。 电场的最基本的性质是_______________________________。 2. 电场强度 定义：_________________________________________________________________。
高中物理静电场经典习题30道 带答案
一．选择题（共30小题） 1．（2014?山东模拟）如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a 、b 和c 分别位于边长为l 的正三角形的三个顶点上；a 、b 带正电，电荷量均为q ，c 带负电．整个系统置于方向水平的匀强电场中．已知静电力常量为k ．若 三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为（ ） D c 的轴线上有a 、b 、 d 三个点，a 和b 、b 和c 、c 和d 间的距离均为R ，在a 点处有一电荷量为q （q ＞0）的固定点电荷．已知b 点处的场强为零，则d 点处场强的大小为（k 为静电力常量）（ ） D 系数均为k 0的轻质弹簧绝缘连接．当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l ．已知静电力常量为k ，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为（ ） ﹣ 个小球，在力F 的作用下匀加速直线运动，则甲、乙两球之间的距离r 为（ ） D
7．（2015?山东模拟）如图甲所示，Q1、Q2为两个被固定的点电荷，其中Q1带负电，a、b两点在它们连线的延长线上．现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始经b点向远处运动（粒子只受电场力作用），粒子经过a、b两点时的速度分别为v a、v b，其速度图象如图乙所示．以下说法中正确的是（） 8．（2015?上海二模）下列选项中的各圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各圆环间 D 12 变化的关系图线如图所示，其中P点电势最低，且AP＞BP，则（） 以下各量大小判断正确的是（）
11．（2015?丰台区模拟）如图所示，将一个电荷量为1.0×10C的点电荷从A点移到B点，电场力做功为2.4×10﹣6J．则下列说法中正确的是（） 时速度恰好为零，不计空气阻力，则下列说法正确的是（） 带电粒子经过A点飞向B点，径迹如图中虚线所示，以下判断正确的是（） 实线所示），则下列说法正确的是（）
大学物理期末考试经典题型(带详细答案的)
例1：1 mol 氦气经如图所示的循环，其中p 2= 2 p 1，V 4= 2 V 1，求在1~2、2~3、3~4、4~1等过程中气体与环境的热量交换以及循环效率（可将氦气视为理想气体）。O p V V 1 V 4 p 1p 2解：p 2= 2 p 1 V 2= V 11234T 2= 2 T 1p 3= 2 p 1V 3= 2 V 1T 3= 4 T 1p 4= p 1V 4= 2 V 1 T 4= 2 T 1 （1）O p V V 1 V 4 p 1p 21234)(1212T T C M m Q V -=1→2 为等体过程， 2→3 为等压过程， )(2323T T C M m Q p -=1 1123)2(23RT T T R =-=1 115)24(2 5RT T T R =-=3→4 为等体过程， )(3434T T C M m Q V -=1 113)42(2 3 RT T T R -=-=4→1 为等压过程， )(4141T T C M m Q p -=1 112 5)2(25RT T T R -=-= O p V V 1 V 4 p 1p 21234（2）经历一个循环，系统吸收的总热量 23121Q Q Q +=1 112 13 523RT RT RT =+=系统放出的总热量1 41342211 RT Q Q Q =+=% 1.1513 2 112≈=-=Q Q η三、卡诺循环 A → B ：等温膨胀B → C ：绝热膨胀C → D ：等温压缩D →A ：绝热压缩 ab 为等温膨胀过程：0ln 1>=a b ab V V RT M m Q bc 为绝热膨胀过程：0=bc Q cd 为等温压缩过程：0ln 1<= c d cd V V RT M m Q da 为绝热压缩过程：0 =da Q p V O a b c d V a V d V b V c T 1T 2 a b ab V V RT M m Q Q ln 11= =d c c d V V RT M m Q Q ln 12= =, 卡诺热机的循环效率： p V O a b c d V a V d V b V c ) )(1 212a b d c V V V V T T Q Q (ln ln 11-=- =ηT 1T 2 bc 、ab 过程均为绝热过程，由绝热方程： 11--=γγc c b b V T V T 1 1--=γγd d a a V T V T (T b = T 1, T c = T 2)(T a = T 1, T d = T 2) d c a b V V V V =1 212T T Q Q -=- =11η p V O a b c d V a V d V b V c T 1T 2 卡诺制冷机的制冷系数： 1 2 1212))(T T V V V V T T Q Q a b d c ==(ln ln 2 122122T T T Q Q Q A Q -= -== 卡ω
静电场典型例题分析
例1 在边长为30cm的正三角形的两个顶点A，B上各放一个带电小球，其中Q1=4×10-6C，Q2=－4×10-6C，求它们在三角形另一顶点C处所产生的电场强度。 解：计算电场强度时，应先计算它的数值，电量的正负号不要代入公式中，然后根据电场源的电性判断场强的方向，用平行四边形法求得合矢量，就可以得出答案。 由场强公式得： C点的场强为E1，E2的矢量和，由图8－1可知，E，E1，E2组成一个等边三角形，大小相同，∴E2= 4×105（N/C）方向与AB边平行。 例2 如图8－2，光滑平面上固定金属小球A，用长L0的绝缘弹簧将A与另一个金属小球B连接，让它们带上等量同种电荷，弹簧伸长量为x1，若两球电量各漏掉一半，弹簧伸长量变为x2，则有：（） 解：由题意画示意图，B球先后平衡，于是有 例3点电荷A和B，分别带正电和负电，电量分别为4Q和Q，在AB连线上，如图，电场强度为零的地方在（） A．A和B之间B．A右侧 C．B左侧 D．A的右侧及B的左侧 解：因为A带正电，B带负电，所以只有A右侧和B左侧电场强度 方向相反，因为Q A＞Q B，所以只有B左侧，才有可能E A与E B等量反向，因而才可能有E A和E B矢量和为零的情况。
例4 如图8-4所示，Q A=3×10-8C，Q B=－3×10-8C，A，B两球相距5cm，在水平方向外电场作用下，A，B保持静止，悬线竖直，求A，B连线中点场强。（两带电小球可看作质点） 解：以A为研究对象，B对A的库仑力和外电场对A的电场力平衡， E外方向与A受到的B的库仑力方向相反，方向向左。在AB的连线中点处E A，E B的方向均向右，设向右为正方向。则有E总=E A+E B－E外。 例5在电场中有一条电场线，其上两点a和b，如图8－5所示，比较a，b两点电势高低和电场强度的大小。如规定无穷远处电势为零，则a，b处电势是大于零还是小于零，为什么？ 解：顺电场线方向电势降低，∴U A＞U B，由于只有一条电力线，无法看出电场线疏密，也就无法判定场强大小。同样无法判定当无穷远处电势为零时，a，b的电势是大于零还是小于零。若是由正电荷形成的场，则E A＞E B，U A＞U B＞0，若是由负电荷形成的场，则E A＜E B，0＞U A＞U B。 例 6 将一电量为q =2×106C的点电荷从电场外一点移至电场中某点，电场力做功4×10-5J，求A点的电势。 解：解法一：设场外一点P电势为U p所以U p=0，从P→A，电场力的功W=qU PA，所以W=q （U p-U A）， 即4×10-5=2×10-6（0-U A） U A=－20V 解法二：设A与场外一点的电势差为U，由W=qU， 因为电场力对正电荷做正功，必由高电势移向低电势，所以U A=－20V 例7 如图8－6所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是： [ ]
高中物理静电场题经典例题
高中物理静电场题经典 例题 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
高中物理静电场练习题 1、如图所示，中央有正对小孔的水平放置的平行板电容器与电源连接，电源电压为U 。将一带电小球从两小孔的正上方P 点处由静止释放，小球恰好能够达到B 板的小孔b 点处，然后又按原路返回。那么，为了使小球能从B 板 的小孔b 处出射，下列可行的办法是（ ） A.将A 板上移一段距离 B.将A 板下移一段距离 C.将B 板上移一段距离 D.将B 板下移一段距离 2、如图所示，A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个正六边形的六个顶点，已知A 、 B 、 C 三点的电势分别为1V 、6V 和9V 。则 D 、 E 、 F 三 点的电势分别为（ ） A 、+7V 、+2V 和+1V B 、+7V 、+2V 和1V C 、-7V 、-2V 和+1V D 、+7V 、-2V 和1V 3、质量为m 、带电量为-q 的粒子（不计重力），在匀强电场中的A 点以初速度υ0沿垂直与场强E 的方向射入到电场中，已知粒子到达B 点时的速度大小为2υ0，A 、B 间距为d ，如图所示。 则（1）A 、B 两点间的电势差为（ ） A 、q m U AB 232υ-= B 、q m U AB 232 υ= C 、q m U AB 22υ-= D 、q m U AB 22 υ= （2）匀强电场的场强大小和方向（ ） B a b P · m 、q 。 。 U + - E · B ·
A 、qd m E 2 21υ= 方向水平向左 B 、qd m E 2 21υ= 方向水平向右 C 、qd m E 2212 υ= 方向水平向左 D 、qd m E 2212 υ= 方向水平向右 4、一个点电荷从竟电场中的A 点移到电场中的B 点，其电势能变化为零，则（ ） A 、A 、B 两点处的场强一定相等 B 、该电荷一定能够沿着某一等势 面移动 C 、A 、B 两点的电势一定相等 D 、作用于该电荷上的电场力始终与其运 动方向垂直 5、在静电场中（ ） A.电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零 B.电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等 C.电场强度的方向总是跟等势面垂直 D.沿着电场线的方向电势是不断降低的 6、一个初动能为E K 的带电粒子，沿着与电场线垂直的方向射入两平行金属板间的匀强电场中，飞出时该粒子的动能为2E K ，如果粒子射入时的初速度变为原来的2倍，那么当它飞出电场时动能为（ ） A 、4E K B 、4.25E K C 、5E K D 、8 E K 7、如图所示，实线为一簇电场线，虚线是间距相等的等势面，一带电粒子沿着电场线方向运动，当它位于等势面φ1上时，其动能为20eV ，当它运动 到等势面φ3上时，动能恰好等于零，设φ2=0，则，当粒子 的动能为8eV 时，其电势能为（ ） A 、12eV B 、 2eV 4
(完整word版)高中物理静电场必做经典例题(带答案)
1 高中物理阶段性测试(一) 一、选择题（每题4分，共40分） 1．下列说法正确的是 （ ） A ．元电荷就是质子 B ．点电荷是很小的带电体 C ．摩擦起电说明电荷可以创造 D ．库仑定律适用于在真空中两个点电荷之间相互作用力的计算 2．在电场中某点用+q 测得场强E ，当撤去+q 而放入－q/2时，则该点的场强 ( ) A ．大小为E / 2，方向和E 相同 B ．大小为E ／2，方向和E 相反 C ．大小为E ，方向和E 相同 D ．大小为 E ，方向和E 相反 3．绝缘细线的上端固定，下端悬挂一只轻质小球a ，a 表面镀有铝膜，在a 的近 端有一绝缘金属球b ，开始时，a 、b 均不带电，如图所示．现使b 球带电，则（ ） A ．a 、b 之间不发生静电相互作用 B ．b 立即把a 排斥开 C ．b 将吸引a ，吸住后不放开 D ．b 将吸引a ，接触后又把a 排斥开 4．关于点电荷，正确的说法是 （ ） A ．只有体积很小带电体才能看作点电荷 B ．体积很大的带电体一定不能视为点电荷 C ．当两个带电体的大小与形状对它们之间的相互静电力的影响可以忽略时，这两个带电体便可看作点电荷 D ．一切带电体在任何情况下均可视为点电荷 5．两只相同的金属小球（可视为点电荷）所带的电量大小之比为1:7 ，将它们
相互接触后再放回到原来的位置，则它们之间库仑力的大小可能变为原来的（） A．4/7 B．3/7 C．9/7 D．16/7 6．下列对公式 E =F/q的理解正确的是（） A．公式中的 q 是场源电荷的电荷量 B．电场中某点的电场强度 E 与电场力F成正比，与电荷量q 成反比 C．电场中某点的电场强度 E 与q无关 D．电场中某点的电场强度 E 的方向与电荷在该点所受的电场力 F 的方向一致 7．下列关于电场线的说法正确的是（） A．电场线是电荷运动的轨迹，因此两条电场线可能相交 B．电荷在电场线上会受到电场力，在两条电场线之间的某一点不受电场力C．电场线是为了描述电场而假想的线，不是电场中真实存在的线 D．电场线不是假想的东西，而是电场中真实存在的物质 8．关于把正电荷从静电场中电势较高的点移到电势较低的点，下列判断正确的是（） A．电荷的电势能增加 B．电荷的电势能减少 C．电场力对电荷做正功 D．电荷克服电场力做功 9．一个带负电的粒子只在静电力作用下从一个固定的点电荷附近飞过，运动轨迹如图中的实线所示，箭头表示粒子运动的方向。图中虚线表示点电荷电场的两个等势面。下列说法正确的是（） A．A、B两点的场强大小关系是E A 例 题 分 析 例1、无限长同轴电缆内导体半径为R 1，外导体半径为R 2，内外导体之间的电压为U 。现固定外导体半径 R 2,调整内导体半径R 1,问： （1）内外导体半径的比值R 1 /R 2为多少时内导体表面上的电场强度最小，和最小电场强度E min =？； (2）此时电缆的特性阻抗Z 0为多少？（设该同轴电缆中介质的参数为μ0和ε0）. 分析:解：(1）由高斯定律可得，内外导体间的电场强度沿径向方向,且大小为 ρE ετ π2= )(21R ρR << 电介质中电场强度的最大值出现在内导体表面上， 1max 2R E πετ = (1） 内外导体间的电压 12 ln π221 R R d U R R ε τ ? = ?=ρE （2） 把式（1)代入式（2），可得2R 和max E 一定时,电压U 与内导体半径1R 之间的关系 12 1max ln R R R E U = （3) 为了求出1R 取什么数值时电压为最大值，令 0)1(ln d d 1 2max 1=-=R R E R U 由此得 e 1 2 =R R 即当内外导体半径的比值e 12=R R 时,内导体表面的电场强度最小。且最小电场强度 1min R U E = （2）此时电缆的特性阻抗 Ω == 60ln π211 2 000R R Z εμ 例2、双线平行传输线导线半径为a ，两轴线距离d ，如果此双线传输线周围的介质电导率为 .求 双线传输线漏电导。 分析：利用恒定电场和静电场之间的比拟关系求解，也可以利用漏电导的定义求解。 解：双线传输线的电容在第二章里例中已经计算过.结果为 ln d a C πε = ，根据恒定电场与恒定电场的 对应关系。 ， ，把上述结果中的相应参量替换得到ln d a G πσ = 当然这里也可以利用例4的方法，求出双线传输线总的横向电流以及两线之间的电位差，再根据定义I G U = 求出双线传输线的漏电导,结果是一样的。 总结：掌握如何利用恒定电场和静电场之间的比拟关系求解典型传输设备的漏电导. 例3、一半径为a 的导体球,作为接地电极深埋于地下，土壤的电导率为 ，求此电极的接地电阻. 分析： 1、 假定不计导体球自身的电阻，那么导体球为等位体，导体球面为等位面. 2、 因为是深埋地下，可以不考虑地面的影响，所以电流是以球心对称的形式，沿着径向（和导体球表面垂直）在土壤中扩散。 解: 如图所示,导体球深埋于地下,可以忽略地面的影响，电流流入导体球后，垂直于导体球表面向土 壤扩散,土壤中距导体球球心处的电流密度为 ,相应土壤中电场强度为 则导体球电位: 所以土壤中导体球的接地电阻为 总结:此题也可利用静电比拟法,因为孤立导体球的电容为4C a πε=,所以由C G 的比拟关系，电导 4G a πσ=。掌握接地电阻的计算. 例4、均匀平面波从理想介质(μr =1，εr =16）垂直入射到理想导体表面上，测得理想介质中电场强度最大值为200V/m ，第一个最大电场强度值与理想导体表面的距离为1m ，求： （1)该平面波的频率和相位常数； （2）试写出介质中电场和磁场的瞬时表达式。 解： 高中物理静电场练习题 1、如图所示，中央有正对小孔的水平放置的平行板电容器与电源连接，电源电压为U 。将一带电小球从两小孔的正上方P 点处由静止释放，小球恰好能够达到B 板的小孔b 点处，然后又按原路返回。那 么，为了使小球能从B 板 的小孔b 处出射，下列可行的办法是（ ） A.将A 板上移一段距离 B.将A 板下移一段距离 C.将B 板上移一段距离 D.将B 板下移一段距离 2、如图所示，A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个正六边形的六个顶点，已知A 、B 、C 三点的电势 分别为1V 、6V 和9V 。则D 、E 、F 三 点的电势分别为（ ） A 、+7V 、+2V 和+1V B 、+7V 、+2V 和1V ￥ C 、-7V 、-2V 和+1V D 、+7V 、-2V 和1V 3、质量为m 、带电量为-q 的粒子（不计重力），在匀强电场中的A 点以初速度υ0沿垂直与场强E 的方向射入到电场中，已知粒子到达B 点时的速度大小为2υ0，A 、B 间距为d ，如图所示。 则（1）A 、B 两点间的电势差为（ ） A 、q m U AB 232υ-= B 、q m U AB 232 υ= C 、q m U AB 22υ-= D 、q m U AB 22 υ= （2）匀强电场的场强大小和方向（ ） A 、qd m E 2 21υ= 方向水平向左 B 、qd m E 2 21υ= 方向水平向右 C 、qd m E 2212 υ= 方向水平向左 D 、qd m E 2212 υ= 方向水平向右 4、一个点电荷从竟电场中的A 点移到电场中的B 点，其电势能变化为零，则（ ） A 、A 、B 两点处的场强一定相等 B 、该电荷一定能够沿着某一等势面移动 C 、A 、B 两点的电势一定相等 D 、作用于该电荷上的电场力始终与其运动方向垂直 5、在静电场中（ ） A.电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零 . B.电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等 C.电场强度的方向总是跟等势面垂直 D.沿着电场线的方向电势是不断降低的 6、一个初动能为E K 的带电粒子，沿着与电场线垂直的方向射入两平行金属板间的匀强电场中，飞出时该粒子的动能为2E K ，如果粒子射入时的初速度变为原来的2倍，那么当它飞出电场时动能为（ ） A B a P · m 、q 。 >U + - ~ A E B 。 精品 文档 一、选择题 1．下列公式中，既适用于点电荷产生的静电场，也适用于匀强电场的有①场强E=F/q ②场强E=U/d ③场强E=kQ/r 2 ④电场力做功W=Uq (A)①③ (B)②③ (C)②④ (D)①④ 2、已知A 为电场中一固定点，在A 点放一电量为q 的电荷，受电场力为F ，A 点的场强为E ，则 A ．若在A 点换上－q ，A 点场强方向发生变化 B ．若在A 点换上电量为2q 的电荷，A 点的场强将变为 2E C ．若在A 点移去电荷q ，A 点的场强变为零 D ．A 点场强的大小、方向与q 的大小、正负、有无均无关 3.如图所示，平行直线表示电场线，带没有标明方向，带电量为+1×10-2 C 的微粒在电场中只受电场力的作用，由A 点移到B 点，动量损失0.1J ，若点的电势为-10V ，则 A.B 点的电势为10V B.电场线的方向从右向左 C.微粒的运动轨迹可能是轨迹1 D.微粒的运动轨迹可能是轨迹2 4 、 两带电小球，电量分别为+q 和q -，固定在一长度为L 的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E 的匀强电场中，杆与场强方向平行，其位 置如图10—48所示。若此杆绕过O 点垂直于杆的轴线转过?180，则在此转动过程中电场力做的功为（ ） A. 零 B. qEL C. qEL 2 D. qEL π 5.两个相同的金属小球带正、负电荷，固定在一定得距离上，现把它们相碰后放置在原处， 则它们之间的库伦力与原来的相比将（ ） A.变小 B.变大 C.不变 D.以上情况均有可能 6．如图所示，有一平行板电容器充电后带有等量异种电荷，然后与电源断开。下极板接地，两极板中央处固定有一个很小的负电荷，现保持两极板间距不变而使两极板左右水平错开一段很小的距离，则下列说法中正确的是（ ） A ．电容器两极板间电压值变大 B ．电荷的电势能变大 C ．负电荷所在处的电势升高 D ．电容器两极板间的电场强度变小 7图10—55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 8、如图，带电粒子P 所带的电荷量是带电粒子Q 的3倍，它们以相等的速度v 0从同一点出 发，沿着跟电场强度垂直的方向射入匀强电场，分别打在M 、N 点，若OM=MN ，则P 和Q 的 a b 题7.1：1964年，盖尔曼等人提出基本粒子是由更基本的夸克构成，中子就是由一个带e 3 2的上夸克和两个带e 3 1 -下夸克构成，若将夸克作为经典粒子处理（夸克线度约为10-20 m ），中子内的两个下夸克之间相距2.60?10-15 m 。求它们之间的斥力。 题7.1解：由于夸克可视为经典点电荷，由库仑定律 r r 2 2 0r 2210N 78.394141 e e e F ===r e r q q πεπε F 与r e 方向相同表明它们之间为斥力。 题7.2：质量为m ，电荷为-e 的电子以圆轨道绕氢核旋转，其动能为E k 。证明电子的旋转频率满足 4 2k 202 32me E εν= 其中是0ε真空电容率，电子的运动可视为遵守经典力学规律。 题7.2分析：根据题意将电子作为经典粒子处理。电子、氢核的大小约为10-15 m ，轨道半径约为10-10 m ，故电子、氢核都可视作点电荷。点电荷间的库仑引力是维持电子沿圆轨道运动的向心力，故有 2 2 0241r e r v m πε= 由此出发命题可证。 证：由上述分析可得电子的动能为 r e mv E 2 02k 8121πε= = 电子旋转角速度为 3 02 2 4mr e πεω= 由上述两式消去r ，得 4 3k 20 222 324me E επων= = 题7.3：在氯化铯晶体中，一价氯离于Cl -与其最邻近的八个一价格离子Cs +构成如图所示的立方晶格结构。（1）求氯离子所受的库仑力；（2）假设图中箭头所指处缺少一个铯离子（称作品格缺陷），求此时氯离子所受的库仑力。 题7.3分析：铯离子和氯离子均可视作点电荷，可直接将晶格顶角铯离子与氯离子之间的库仑力进行矢量叠加。为方便计算可以利用晶格的对称性求氯离子所受的合力。 解：（l ）由对称性，每条对角线上的一对铯离子与氯离子间的作用合力为零，故 01=F （2）除了有缺陷的那条对角线外，其它铯离 子与氯离子的作用合力为零，所以氯离子所受的合力2F 的值为 N 1092.13492 022 0212-?== = a e r q q F πεπε 2F 方向如图所示。 《静电场》经典例题分析 1、已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷. π＋π－u d u d 带电荷量＋e－e＋2 3 e－ 1 3 e－ 2 3 e＋ 1 3 e 下列说法正确的是( ) A．π＋由u和d组成B．π＋由d和u组成 C．π－由u和d组成 D．π－由d和u组成 思维建模——库仑力作用下的平衡问题 2、如图所示，在一条直线上有两个相距0.4 m的点电荷A、B，A带电荷量＋Q，B带电荷量－9Q.现引入第三个点电荷C，恰好使三个点电荷都处于平衡状态，问：C应带什么性质的电？应放于何处？所带电荷量为多少？ 3题图 3、如图所示，大小可以忽略不计的带有同种电荷的小球A和B相互排斥，静止时绝缘细线与竖直方向的夹角分别为α和β，且α＜β，两小球在同一水平线上，由此可知( ) A．B球受到的库仑力较大，电荷量较大 B．B球的质量较大 C．B球受到的拉力较大 D．两球接触后，再处于静止状态时，悬线的偏角α′、β′仍满足α′＜β′ 4、如图所示，完全相同的两个金属小球A和B带有等量电荷，系在一个轻质绝缘弹簧两端，放在光滑绝缘水平面上，由于电荷间的相互作用，弹簧比原来缩短了x0.现将与A、B 完全相同的不带电的金属球C先与A球接触一下，再与B球接触一下，然后拿走，重新平衡后弹簧的压缩量变为( ) A.1 4 x0 B. 1 8 x0 C．大于 1 8 x0 D．小于 1 8 x0 5、AB和CD为圆上两条相互垂直的直径，圆心为O.将电荷量分别为＋q和－q的两点电荷放在圆周上，其位置关于AB对称且距离等于圆的半径，如图所示．要使圆心处的电场强度为零，可在圆周上再放一个适当的点电荷Q，则该点电荷Q( ) A．应放在A点，Q＝2q B．应放在B点，Q＝－2q C．应放在C点，Q＝－q D．应放在D点，Q＝q 6、(2014·华南师大附中高二检测) 第一章静电场 第一部分：电荷及其守恒定律库仑定律 [知识点] 1、使物体带电的方式：接触起电；摩擦起电；感应起电 2、三个概念：元电荷；点电荷；库仑力 3、两个基本定律：电荷守恒定律；库仑定律 4、两位科学家：美国物理学家密立根首先对元电荷进行研究；法国物理学家库仑利用“库 仑扭秤”对电荷间的相互作用力做了深入地研究。 5、应注意的问题：摩擦起电与感应起电的比较；库仑定律与万有引力定律的比较；库仑定 律的适应范围。 综合练习1.1 1、如图1.1，A，B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是（） A、把C移近导体A时，A,B上的金属箔片都张开 B、把C移近导体A，先把A,B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开 C、先把C移走，再把A,B分开，A,B上的金属箔片仍张开 D、先把A,B分开，再把C移去，然后重新让A,B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金 属箔片闭合2 （） A、金属球可能不带电 B、金属球可能带负电 C、金属球可能带正电 D、金属球一定带负电 3、有三个完全一样的金属小球A、B、C，A带电荷量为7Q，B带电荷量为─Q，C球不带电，将AB两球固定，然后让C球先跟A球接触，再跟B球接触，最后移去C，则AB球间的作用力变为原来的多少倍？ 4、两带电荷量不等的绝缘金属小球，当相隔某一定距离时，其相互作用力为F1，现将两小于接触后分开并保持原有距离，它们之间的相互作用力为F2，下列说法正确的是（）A、若F2 $ 一、选择题（本题包括10小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 1．如图所示，a、b、c是一条电场线上的三点，电场线的方向由a到c，a、b间距离等于b、c间距离，用φa、φb、φc和E a、E b、E c分别表示a、b、c三点的电势和场强，可以判定（） A．φa＞φb＞φc B．E a＞E b＞E c C．φa–φb=φb–φc D．E a = E b = E c 2．如图所示，平行的实线代表电场线，方向未知，电荷量为1×10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用，该电荷由A点移 V，则（） 到B点，动能损失了 J，若A点电势为10 } A．B点电势为零 B．电场线方向向左 C．电荷运动的轨迹可能是图中曲线a D．电荷运动的轨迹可能是图中曲线b 3．如图所示，细线拴一带负电的小球，球处在竖直向下的匀强电场中，使小球在竖直平面内做圆周运动，则（）A．小球不可能做匀速圆周运动 B．当小球运动到最高点时绳的张力一定最小 ] C．小球运动到最低点时，球的线速度一定最大 D．小球运动到最低点时，电势能一定最大 4．在图所示的实验装置中，充电后的平行板电容器的A极板与灵敏的静电计相接，极板B接地.若极板B稍向上移动一点，由观察到静电计指针的变化，作出电容器电容变小的依据是（） A.两极间的电压不变，极板上电荷量变小 B.两极间的电压不变，极板上电荷量变大 C.极板上的电荷量几乎不变，两极间的电压变小 D.极板上的电荷量几乎不变，两极间的电压变大 . 5．如图所示，带箭头的线段表示某一电场中的电场线的分布情况．一带电粒子在电场中运动的轨迹如图中虚线所示．若不考虑其他力，则下列判断中正确的是（） A．若粒子是从A运动到B，则粒子带正电；若粒子是从B运动到A，则粒子带负电 B．不论粒子是从A运动到B，还是从B运动到A，粒子必带负电 C．若粒子是从B运动到A，则其加速度减小 D．若粒子是从B运动到A，则其速度减小(变式：电场力做负功，电势能增加则正确) 6．两根细线挂着两个质量相同的小球A、B，上、下两细线中的拉力分别是T A、T B。现在使A、B带异号电荷，此时上、下两总例题分析
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