高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1章 静电力与电场强度本章综合与测试一课一练

第1章　静电力与电场强度

专题强化练1　静电场中的力电综合问题

一、选择题

1.(多选)(2020天津新华中学检测,)如图所示,一质量为m、带电荷量为q(q>0)的物体处于场强按E=E0-kt(E0、k均为大于零的常数,取水平向左为正方向)变化的电场中,物体与竖直墙壁间的动摩擦因数为μ,t=0时刻物体处于静止状态。若物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且电场空间和墙面均足够大,下列说法正确的是              (　　)

A.物体开始运动后加速度先增大后保持不变

B.物体开始运动后加速度不断增大

C.经过时间t=,物体在竖直墙壁上的位移达到最大值

D.经过时间t=,物体运动速度达到最大值

2.(2020黑龙江哈尔滨师范大学附属中学检测,)如图所示,质量为m,带正电的滑块,沿绝缘斜面匀速下滑,当滑至竖直向下的匀强电场区时,滑块的运动状态为              (　　)

A.继续匀速下滑

B.将加速下滑

C.将减速下滑

D.上述三种情况都有可能发生

二、非选择题

3.(2020安徽合肥第一六八中学检测,)如图所示,一质量为m=1.0×10-2 kg,带电荷量为q=-1.0×10-6 C的小球,用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中,静止时悬线向左与竖直方向成θ=60°角。假设电场足够大,小球带电量保持不变,重力加速度g=10 m/s2。(结果保留两位有效数字)

(1)求电场强度E的大小;

(2)若在某时刻将细线突然剪断,求经过1 s时小球的速度v。 深度解析

4.(2021山东潍坊检测,)如图,小球A用两条等长的绝缘细绳a、b悬挂在水平天花板上,两绳之间的夹角为60°。A的质量为0.1 kg,电荷量为2.0×10-6 C。A的正下方0.3 m处固定有一带等量同种电荷的小球B。A、B均可视为点电荷,静电力常量k=9×109 N·m2/C2,重力加速度g=10 m/s2。求:

(1)细绳a的拉力大小;

(2)剪断细绳a的瞬间,细绳b的拉力大小和小球 A 的加速度大小。

5.(2020河南信阳高级中学检测,)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,用轻质丝线悬挂质量为m的带电小球,丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡,如图所示。重力加速度为g,求:

(1)小球所带电荷量是多少?

(2)若剪断丝线,小球碰到金属板需多长时间?

答案全解全析

专题强化练1　静电场中的力电综合问题

一、选择题

1.BC　物体开始运动后,由于E逐渐减小,物体与墙壁间的压力减小,摩擦力减小,加速度逐渐增大;经过时间t=后E=0,物体与墙壁间压力为0,摩擦力为0,竖直方向加速度达到最大;此后电场力方向改变,物体离开墙壁做曲线运动,竖直方向做匀加速运动,水平方向做加速度逐渐增大的变加速运动,故选项B、C正确。

2.A　设斜面的倾角为θ,滑块与斜面间的动摩擦因数为μ,滑块没有进入电场时,根据平衡条件得:

mg sin θ=f,N=mg cos θ,又f=μN

得mg sin θ=μmg cos θ,即sin θ=μ cos θ

当滑块进入电场时,设滑块受到的电场力大小为F,

根据正交分解得(mg+F) sin θ=μ(mg+F) cos θ

即受力仍平衡,所以滑块仍做匀速运动,故选A。

二、非选择题

3.答案　(1)1.7×105 N/C　(2)20 m/s,方向与竖直方向成60°角斜向左下方。

解析　(1)小球受到的电场力F=qE

由平衡条件得F=mg tan θ

联立解得E==1.7×105 N/C

(2)剪断细线后小球做初速度为零的匀加速直线运动

小球所受合外力F合=

由牛顿第二定律得F合=ma

由运动学公式v=at

联立解得v==20 m/s

速度方向与竖直方向成60°角斜向左下方。

解题模板

处理静电场中力与运动问题的一般方法和步骤:

1.确定研究对象、进行受力分析;

2.分析物理过程,明确运动状态或性质;

3.依据平衡条件、牛顿第二定律或功能关系列方程求解。

4.答案　(1) N　(2) N　3 m/s2

解析　(1)小球A、B之间的库仑力F=k

对小球A受力分析,根据平衡条件有2T cos 30°+F=mg

解得T= N。

(2)剪断细绳a的瞬间,A的加速度方向与细绳b垂直,根据牛顿第二定律有

mg cos 30°=F cos 30°+T'

mg sin 30°-F sin 30°=ma

联立解得T'= N,a=3 m/s2。

5.答案　(1)　(2)

解析　(1)由题图知小球处于平衡状态时所受电场力水平向右,则小球带正电,对小球受力分析如图所示。

FT sin θ=qE ①

FT cos θ=mg ②

由①②联立得tan θ=,故q=。

(2)由第(1)问中的方程②知FT=,而剪断丝线后小球所受电场力和重力的合力与未剪断丝线时丝线对小球的拉力大小相等、方向相反,故剪断丝线后小球所受重力、电场力的合力等于,小球的加速度大小a==,小球由静止开始沿着丝线拉力的反方向做匀加速直线运动,当碰到金属板时,它的位移为x=;又有x=at2,得t===。