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专题五电场强化训练
一、库仑定律
12010清华五校)如图所示,用等长绝缘线分别悬挂两个质量、电量都相同的带电小球AB,两线上端固定于O点,B球固定在O点正下方。当A球静止时,两悬线夹角为θ.能保持夹角θ不变的方法是A.同时使两悬线长度减半B.同时使A球的质量和电量都减半C.同时使两球的质量和电量都减半D.同时使两悬线长度和两球的电量都减半
2(20(2013年华约自主招生“顿牟缀芥”是两干多年前我国古人对摩擦起电现象的观察记录,“顿牟缀芥”是指经摩擦后的带电琥珀能吸起小物体。我们可以将其简化为下述模型分析探究。
在某处固定一个电荷量为Q的点电荷,在其正下方h处有一个原子。在点电荷产生的电场(强为E作用下,原子的负电荷中心与正电荷中心会分开很小的距离l形成电偶极子。描述电偶极子特征的物理量称为电偶极矩pp=ql,这里q为原子核的电荷。实验显示,p=αEα为原子的极化系数,是与原子本身特性有关的物理量,反映原子被极化的难易程度。被极化的原子与点电荷之间产生作用力F。在一定条件下,原子会被点电荷“缀”上去。(1判断F是吸引力还是排斥力?简要说明理由;
(2若固定点电荷的电荷量增加一倍,力F如何变化?
(3若原子与点电荷间的距离减小为原来的一半,力F如何变化?
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3、(1)电荷不能自由移动的半圆环,半径为R1,均匀带电,带电量为Q1。圆心处有一点电荷,带电量为q1。试计算半圆环受到圆心处电荷q1的作用力。
2)电荷不能自由移动的半球面,半径为R2,均匀带电,带电量为Q2。球心处有一点电荷,带电量为q2。试计算半球面受到球心处电荷q2的作用力。
二、电场强度
1、电通量
2、高斯定理
3、利用高斯定理求几种常见带电体的场强
①无限长均匀带电直线的电场
②无限大均匀带电平面的电场
③均匀带电球壳的场强
④球对称分布的带电球体的场强
4、正方体八个顶点上各有一电荷为q的点电荷,求它们在上面中心O形成的合场强大小和方向。
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5、如图所示,在-dxd的空间区域内(yz方向无限延伸)均匀分布着密度为ρ的正电荷,此外均为真空
1)试求d处的场强分布;d2)若将一质量为m,电量为的带点质点,从x=d处由静止释放,试问该带电质点经过过多长时间第一次到达x=0处。

PO
S
E
d
x
x
2x
1-1-8
三、电势能电势
1、点电荷的电势
2、电势的叠加
3、均匀带电球壳的电势
62010南京大学)如图,一半径为R电荷量为Q的带电金属球,球心位置O固定,P为球外一点.几位同学在讨论P点的场强时,有下列一些说法,其中哪些说法是正确的?
A.若P点无限靠近球表面,因为球表面带电,根据库仑定律可推知,P点的场强趋于无穷大.
B.因为在球内场强处处为0,若P点无限靠近球表面,则P点的场强趋于0C.若Q不变,P点的位置也不变,而令R变小,则P点的场强不变.
D.若保持Q不变,而令R变大,同时始终保持P点极靠近球表面处,则P点的场强不变.
72011复旦大学)两半径分别为r1r2(r12的同心球面上,各均匀带电Q1Q2,则在球面内部距离球心r处的电势为Ak(
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QQQQQ1Q2QQ
+Bk(1+2Ck(1+2Dk(1+2
r1rr1r2rrrr2


8、电荷q均匀分布在半球面ACB,球面的半径为R,CD为通过半球顶点C球心O的轴线,如图所示.PQCD轴线上在O点两侧,O点的距离相等的两点,已知P点的电势为U,Q点的电势.
92009同济大学)如图所示,半径为R的圆环均匀带电,电荷线密度为λ圆心在O点,过圆心与环面垂直的轴线上有P点,PO=r以无穷远处为电势零点,则P点的电势φA
2kR
2kR2r2BRR2r
2
C2kR2k
rDR

10、(2011年卓越自主招生)如图所示,一半径为R,位于竖
直面内的绝缘光滑轨道上静止着两个相同的带电小球AB(可视为质点),两球质量均为m,距离为R用外力缓慢推左球A使其到达圆周最低点C,求此过程中外力所做的功。
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专题五电场(续)
四、静电场中的导体
(一)处于静电平衡的导体的特点1导体内部电场强度E=0.电场E是外加静电场E0和内部自由电荷移动后产生的附加电场E’叠加后的总电场,即E=E0+E=0.因此导体内部无电力线。2)导体外靠近其表面处的电场与表面垂直,其电场强度的大小为E
e
,式中是所0
考察点处导体表面的电荷面密度。
3)导体是一个等势体,导体表面为等势面。4)导体内部电荷密度处处为零。
5)导体上的电荷只能存在于导体表面。
6)带空腔导体,若腔内无自由电荷,则空腔内壁无电荷。
7)若带空腔导体不接地,则腔内电场不受外电场的影响,导体外电场可以受腔内电场的影响(例如腔内电荷量改变)
若带空腔导体接地,则腔内电场与导体外电场将互不影响。这一特性被称为静电屏蔽效应。
(二)静电屏蔽
导体壳内外电场互不影响,即球内电荷在球外产生等势(与无穷远相等,为零);球外电荷在球内产生等势(等于在圆心产生的电势),如;均匀带电球壳半径为R1带电量Q电荷分布均匀,球壳内场强多少?电势为多少?

球壳半径为R1、带电量Q1,离球心R2(R2>R1处有一带电量为Q2的点电荷,球壳内的电势相等吗?是多少?

把带电量为Q的点电荷放在球壳内,球壳原来不带电,不接地,球壳内、外表面各带多少电?球外场强和电势各是多少?球壳内的场强和电势跟什么有关?

把带电量为Q的点电荷放在球壳内,并把球壳接地,球壳内、外表面各带多少电?球外场强和电势各是多少?
若把带电量为Q2的点电荷放在球壳内,球壳原来带电Q1球壳内、外表面各带多少电?球壳内的电势相等吗?球外场强和电势各是多少?
当球壳内点电荷电量为Q1、外点电荷电量为Q2,并把球壳接地,球壳内、外表面各带多少电?

以上各题把球壳与地连接一电源?(如中球壳与地间的电源电压为U
如果导体球壳有厚度?(内半径R1,外半径R2有厚度的球壳,球壳内点电荷电量为Q1外点电荷电量为Q2离球心的距离分别为r1,r2,求球心处的电势)
球体内有多个空腔?
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11两个互相绝缘的同心导体薄球壳,内球壳半径为R1,外球壳半径为R2,开始时内球壳带电量为Q1,外球壳不带电.
(1试求外球壳内、外两个侧面的电荷及外球壳的电势.
(2将外球壳接地后再与地绝缘,计算此时外球壳内、外两侧的电荷.
(3将外球壳接地后再与地绝缘,再将内球壳接地,求外球壳内、外两侧的电荷.

12、如图所示,O为半径等于R的原来不带电的导体球的球心,O1O2O3为位于球内的三个半径皆为r的球形空腔的球心,它们与
O共面,已知OO1OO2OO3

R
.在OO1OO2的连线上距O1O22
r
P1P2点处分别放置带电量为q1q2的线度很小的导体(视2
为点电荷),在O3处放置一带电量为q3的点电荷,设法使q1q2q3固定不动.在导体球外P点放一个电量为Q的点电荷,P点与O1O2O3共面,位于O3O的延长线上,到O的距OP2R
(1q3的电势能.
(2将带有电量q1q2的小导体释放,当重新达到静电平衡时,各表面上的电荷分布有何变化?此时q3的电势能为多少?

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五、静电场中的导体
1一般连接所满足的规律:1)整个环路电压降为零;
2)电容器间相邻两电容器极板上的总电量不变。
13、一平行板电容器,电容C0=300pF,极板A1接在一电源的正极,A2接在另一电源的负极,两电源的电动势均为150V,它们的另一极均接地。取一厚金属板B,其面积与A1A2相同,厚度为电容器两极间距离的1/3,插入电容器两极板的正中央,如图所示。
(1取一电动势为50V的电源负极接地,将其正极与金属板B相连。问此时由电源送到金属板B的总电量是多少?
(2在上述情况下,左右平移金属板B,改变它在电容器两极间的位置,使B板上的电量向电源回输,直到电源来输给金属板B的电量全部回到电源时,固定B板的位置,后切断所有三个电源,并将B板从电容器中抽出。求这时电容器两极板A1A2之间的电压。
2电容器的串联:
3电容器的并联:
142012年北约)两个相同的电容器AB如图连接,它们的极板均水平放置。当它们都带有一定电荷并处于静电平衡时,电容器A中的带电粒子恰好静止。现将电容器B的两极板沿水平方向移动使两极板错开,移动后两极板仍然处于水平位置,且两极板的间距不变。已知这时带电粒子的加速度大小为g/2,求B的两个极板错开后正对着的面积与极板面积之比。设边缘效应可忽略。
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15如图,三个面积均为S的金属板A,B,C水平放置,A,B相距为d1,B,C相距为d2A,C接地,构成两个平行板电容器,上板A中央有一小孔DB板开始不带电。质量为m,电荷量为qq>0)的液滴从小孔D上方高度为h处的P点由静止开始一滴一滴落下。假设液滴接触B板课立即将电荷全部传给B板。油滴间的静电相互作用可以忽略,重力加速度为g.(1若某带电液滴在A,B板之间做匀速直线运动,此液滴是从小孔D上方落下的第几滴?
2)若发现第N滴带电液滴在B板上方某点转向向上运动,求此点与A板的距离H.
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