新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第8单元静电场作业21电场的力的性质(人教版)

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微练一 电荷守恒与库仑定律
1.(多选)如图所示,将充气后的气球在头发上摩擦,然后将其靠近绝缘桌面上的空易拉罐,在气球未接触易拉罐的情况下,发现易拉罐朝气球方向滚动起来,关于这一现象,下列说法正确的是( )
A.易拉罐和气球带异种电荷,所以相互吸引
B.易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相同
C.气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小不同
D.气球在头发上摩擦的过程创造了电荷,从而使气球带电
2.如图所示,左边是一个原先不带电的导体,右边C是后来靠近的带正电的导体球。若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,分导体为A、B两部分,这两部分所带电荷量的大小分别为QA、QB,则下列结论正确的有( )
A.沿虚线c切开,A带负电,B带正电,且QA>QB
B.只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且QA=QB
C.沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QA0)的点电荷固定在边长为L的正方体的两个顶点上,A是正方体的另一个顶点,如果两点电荷连线中点O的电场强度大小是E,则A点的电场强度大小是( )
A.EB.E
C.ED.E
11.(多选)如图所示,光滑绝缘圆环竖直放置,a、b、c为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球,已知小球c位于圆环最高点,ac连线与竖直方向成60°角,bc连线与竖直方向成30°角,三个小球均处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.a、b小球一定带同种电荷
B.a、c小球可能带同种电荷
C.a、b小球所带电荷量之比为
D.a、b小球所带电荷量之比为
12.(2022山东卷)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置,圆心位于O点,环上均匀分布着电荷量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分,取走A、B处两段弧长均为Δl的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于OC延长线上距O点为2R的D点,O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变,q为( )
A.正电荷,q=
B.正电荷,q=
C.负电荷,q=
D.负电荷,q=
13.(多选)“离心轨道演示仪”(如图甲所示)是演示物体在竖直平面内的圆周运动的实验仪器,其轨道主要由主轨长道、轨道圆和辅轨长道三部分组成,主轨长道长度约为轨道圆半径R的6倍。将主轨长道压制成水平状态后,轨道示意图如图乙所示。空间中存在水平向右的匀强电场(未画出),电场强度大小为E=。现在主轨长道上的A点静止释放一电荷量为q、质量为m的绝缘小球,小球沿主轨长道向右运动,从B点进入轨道圆,若不计一切摩擦,重力加速度为g,则小球再次通过最低点之前( )
甲
乙
A.小球上升到与圆心等高处时,其动能最大
B.小球上升到轨道圆最高处时,其机械能最大
C.若AB间距离为R,小球恰好不脱离轨道
D.若小球不脱离轨道,小球对轨道的最大压力大小可能为5mg
参考答案
第八单元 静电场
作业21 电场的力的性质
1.ABC 解析 将充气后的气球在头发上摩擦后,气球带上电荷并形成电场,此时易拉罐在该电场作用下发生静电感应现象,靠近气球一侧的带电性质和气球带电性质相反,远离气球一侧的带电性质和气球带电性质相同,所以气球上的电荷对易拉罐靠近气球一侧的电荷引力大于远离气球一侧电荷的斥力,从而使易拉罐朝气球方向滚动起来,故A、B错误,C正确;气球在头发上摩擦的过程,是电荷在气球和头发之间发生了转移,并不是创造了电荷,故D错误。
2.D 解析 导体原来不带电,但是在带正电的导体球C的静电感应作用下,导体中的自由电子向B部分转移,使B部分带负电,A部分带正电。根据电荷守恒定律,A部分移走的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的,因此无论从哪一条虚线切开,两部分的电荷量大小总是相等的。电子在导体上的分布不均匀,越靠近右端负电荷密度越大,越靠近左端正电荷密度越大,所以从不同位置切开时,A所带电荷量的大小QA不同,故A、B、C错误,D正确。
3.B 解析 由库仑定律可得两小球之间的库仑引力F=k=2N,根据物体平衡条件可知,图示正确的是B。
4.B 解析 据题知,b点处的电场强度为零,说明a点处和d点处的两个点电荷在b点处产生的电场强度大小相等、方向相反,设d点处的点电荷的电荷量为Q',则有k=k,得Q'=4Q,d点处的点电荷的电性为正,则a点处的点电荷在c点处产生的电场强度大小E1=k=k,方向向右;d点处的点电荷在c点处产生的电场强度大小E2=k=k,方向向左;故c点处电场强度的大小为E=E2-E1=k,故选B。
5.B 解析 本题考查电场强度的叠加,考查推理分析能力。如图所示,-q、q在P点的合电场强度为E1=,与水平方向夹角为45°。因为P点电场强度为零,所以Q必在E1的方向上,由几何关系得Q的坐标为(0,2a),在P点满足=k,解得Q=2q,选项B正确。
6.D 解析 电场线的疏密表示电场强度的相对大小,根据对称性可知,P点电场强度大小等于Q点电场强度大小,但是两点电场强度的方向不同,则电场强度不相同,故A错误;M点的电场线较N点密集,可知M点的电场强度大于N点的电场强度,故B错误;根据电场线的方向可知,右边的小球带负电,但是带电荷量小于左边的小球的带电荷量,故C错误;依据E=k及电场强度叠加原则,则两点电荷连线的中点处的电场强度为E合=k+k=3k,故D正确。
7.C 解析 电力工人高压带电作业,全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全作业,A错误。金属笼起到静电屏蔽的作用,所以不会对小鸟造成危害,B错误。因为塑料桶和汽油容易摩擦起电,产生的静电不易泄漏,形成静电积累,造成爆炸和火灾事故,而金属桶能将静电导出,避免事故发生,C正确。一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”,一旦汽车被雷击中,它的金属构架会将闪电电流导入地下,D错误。
8.B 解析 中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子,烟尘颗粒吸附电子后带上负电,在静电力作用下向铝板做加速运动,所以选项A、C错误,选项B正确;因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体,离铝板越近,电场线越稀疏,电场强度越小,烟尘颗粒受静电力越小,加速度越小,选项D错误。
9.C 解析 验电器上带正电荷后,验电器上的金属箔张开一定角度,如果用另一个带电体靠近验电器的金属球,金属箔张角变大,说明带电体带正电,吸引电子向金属球转移;如果金属箔张角变小,说明带电体带负电,排斥电子,电子向金属箔转移,选项A、B错误。验电器上带负电荷后,验电器上的金属箔张开一定角度,如果用另一个带电体靠近验电器的金属球,金属箔张角变大,说明带电体带负电,排斥电子向金属箔转移;如果金属箔张角变小,说明带电体带正电,吸引电子向金属球转移,选项C正确,D错误。
10.B 解析 根据几何知识可知,O点到两个点电荷的距离都是L,由点电荷电场强度公式可知,O点的电场强度E=,电荷量为+q的点电荷距A点距离为L,在A点产生电场的电场强度为E1=,电荷量为-q的点电荷距A点距离为L,在A点产生电场的电场强度为E2=,二者方向垂直,所以EA=E,选项B正确。
11.AD 解析 a受到重力、环的支持力以及b、c对a的库仑力,重力的方向在竖直方向上,环的支持力以及b对a的库仑力均沿圆环直径方向,故c对a的库仑力为引力,同理可知,c对b的库仑力也为引力,所以a与c的电性一定相反,a与b的电性一定相同,A正确,B错误;对c小球受力分析,将力沿水平方向和竖直方向正交分解后可得ksin60°=ksin30°,又由几何关系知rac∶rbc=1∶,解得qa∶qb=∶9,C错误,D正确。
12.C 解析 若取走C处弧长为Δl的小圆弧上的电荷,根据对称性,细圆环上剩余电荷产生的电场在O点的电场强度为零,即取走A、B处电荷后,细圆环上电荷产生的电场在O点的电场强度等于C处小圆弧上电荷产生的电场在O点的电场强度。因为O点电场强度为零,说明C处小圆弧上的电荷产生的电场与q产生的电场在O点的合电场强度为零,即=k·,解得q=。因为C处小圆弧带正电,所以q带负电,选项C正确。
13.CD 解析 使用等效场的观点,将重力场和电场等效看作一个场,结合平行四边形定则可得等效重力加速度为g'==2g,设等效场对物体的力与竖直方向的夹角为θ,如图所示,则有tanθ=,解得θ=60°,由“等效重力”可知,当小球运动到BC间且与圆心连线与竖直方向夹角为60°时,小球的速度最大,动能最大,故A错误。小球在轨道上运动过程中,能量守恒,小球在与圆心等高且在圆弧右侧的位置电势能最小,所以小球在该点的机械能最大,故B错误。设释放点A到B的距离为L时,小球做完整圆周运动恰好不脱离圆轨道;图中D点与圆心连线的延长线与圆相交的点M点即为“等效重力”中的最高点,小球恰好不脱离圆轨道,静电力与重力的合力刚好提供向心力,则有=m,解得vM=,从开始释放小球到M点的过程中,由动能定理可得qE(L-Rsin60°)-mgR(1+cs60°)=解得L=R,故C正确。若小球做完整的圆周运动,小球运动到D点时的动能最大,对轨道的压力最大,从A到D的过程中,根据动能定理,有qE(L+Rsin60°)-mgR(1-cs60°)=,解得vD=,在D点,根据牛顿第二定律,有FN-=m,解得FN=12mg;若小球不做完整的圆周运动,当小球运动到如图中的P点时有OP⊥DM,接下来将沿着轨道返回,此时也未脱离轨道,该过程在D点速度有最大值,对轨道的压力也为最大值,从P点到D点,根据动能定理,有mg[(R+Rsin60°)-(R-Rcs60°)]+qE(Rcs30°-Rcs60°)=mvD'2-0,解得vD'=2,在D点,根据牛顿第二定律,有FN'-=m,解得FN'=6mg,根据牛顿第三定律,此时小球对轨道的压力大小为6mg,如果小球不能到达P点,则小球对轨道的最大压力将会小于6mg,所以小球对轨道的最大压力大小可能为5mg,故D正确。