A.q1和q2都是正电荷
B.q1的电荷量大于q2的电荷量
C.在A、B之间将一负点电荷沿x轴从P点左侧移到右侧,电势能先减小后增大
D.一点电荷只在电场力作用下沿x轴从P点运动到B点,加速度逐渐变小
【答案】C
【解析】A.由图知,越靠近两电荷,电势越低,则q1和q2都是负电荷。
故A项错误。
B.图象的斜率表示电场强度,则P点场强为零,据场强的叠加知两电荷在P处产生的场强等值反向,即,又,所以q1的电荷量小于q2的电荷量。
故B项错误。
C.由图知,在A、B之间沿x轴从P点左侧到右侧,电势先增加后减小,则负点电荷的电势能先减小后增大。
故C项正确。
D.图象的斜率表示电场强度,则沿x轴从P点运动到B点场强逐渐增大;据可知,电荷只在电场力作用下沿x轴从P点运动到B点,加速度逐渐增大。
故D项错误。
4.如图,有两个等量异种点电荷置于正四面体的两个顶点上,正点电荷置于a点,负点电荷置于b点,则
A.c、d两点电势相等
B.c、d两点场强相同
C.ac连线中点与ab连线中点的电势相等
D.ac连线中点与bc连线中点的场强相同
【答案】A
【解析】AC.根据等量异种点电荷电场空间分布的特点知,等量异号电荷连线的中垂面是等势面,故选项A正确,C错误;
BD.根据电场线的分布情况和矢量合成可知,c、d两点场强等大,但方向不同;ac连线中点与bc连线中点的场强等大,但方向不同,故选项B、D错误。
5.如图所示,ABCD为一个圆台,O点是其对称轴上某点,其中C、A、O以及D、B、O分别在一条直线上,现将正点电荷放在O点,BNC为某个试探电荷经受电场力做功的移动路线,不计重力,则下列说法正确的是
A.A、B两点的电场强度相同
B.圆台底部平面CD为等势面
C.负电荷沿BNC从B到C,动能变大
D.正电荷沿着BNC从B到C电场力做功等于该电荷沿任意路径从A到D电场力做功
【答案】D
【解析】A、B两点到O点距离相同,故两点电场强度大小相等,但方向不同,故A错误;O到底面中点距离比CD两点到O点距离短,故电势比CD两点电势高,故底面CD不为等势面,但C、D所在的圆周是一个等势面,故B错误;负电荷沿BNC从B到C,电场力做负功,电势能增加,故动能减小,故C错误;AB两点到O点距离相等,AB两点电势相等;CD两点到O点距离相等,CD两点电势相等;但CD两点比AB两点距离远,则,故,则正电荷沿着BNC从B到C电场力做功等于该电荷沿任意路径从A到D电场力做功,故D正确;
6.(多选)如图所示,在光滑绝缘水平桌面上有一个电荷量为、质量为m的小球与一根长为的轻绳一端相连,绳的另一端固定在P点,小球与P点的距离现施加一与PM夹角、水平向右且场强大小为E的匀强电场,并从静止释放带电小球,从释放小球到轻绳与电场方向平行的过程,下列说法正确的是
A.小球先做匀加速直线运动后做圆周运动
B.小球的运动时间为
C.此过程中电场力所做的功为
D.轻绳与电场力方向平行时小球的速度大小为
【答案】ACD
【解析】如图所示,
带电小球水平向右做匀加速直线运动,当位移为时,轻绳刚好被拉直,随后在轻绳拉力与电场力的合力作用下,小球以P点为圆心做圆周运动到N点,此时轻绳
与电场力方向平行,故A正确;小球在水平方向上的位移为:
,假如小球在水平方向一直做匀加速直线运动,根据,解得:
,但小球在QN阶段水平方向不是匀加速直线运动,故B错误;电场力做功,故C正确;MQ段,由动能定理得:
,当带电小球运动到Q点时轻绳刚好被拉直速度为,如图乙所示,
由于绳子瞬间张紧使得小球沿轻绳方向的分速度v2瞬间减小为零,而沿垂直于轻绳方向的分速度不变,小球由Q到N,根据动能定理得:
,
且,则此时小球的速度为:
,故D正确;
7.(多选)如图所示,在竖直平面内有水平向右、场强为1×104N/C的匀强电场。
在匀强电场中有一根长2m的绝缘细线,一端固定在O点,另一端系一质量为0.08kg的带电小球,它静止时悬线与竖直方向成37°角。
若小球获得一定初速度后恰能绕O点在竖直平面内做圆周运动,取小球在静止时的位置为电势能零点和重力势能零点,cos37°=0.8,g=10m/s2.下列说法正确的是( )
A.小球的电荷量q=6×10﹣5C
B.小球在c点的动能最小,且为1J
C.小球在b点时的机械能最小
D.小球在运动过程中电势能和机械能之和保持不变,且为5J
【答案】AD
【解析】小球静止时悬线与竖直方向成37°角,受重力、拉力和电场力,三力平衡,根据平衡得:
mgtan37°=qE,解得:
,故A正确;
小球恰能绕O点在竖直平面内做圆周运动,在等效最高点b速度最小,根据牛顿第二定律得:
;最小动能为:
,故B错误;
根据能量守恒定律,电势能与机械能之和不变,所以机械能最小的位置是电势能最大的位置,根据电场力做功最多的过程,即与O点等高的最左的位置a点,故C错误;
选最低点为零势能点,求A点的电势能和重力势能加上动能就是能量之和为:
E=Ek+Ep+Ep′=1J+mg×2Lcos37°+Eq×2Lsin37°=5J,故D正确。
8.(多选)如图所示,虚线框abcd内存在着平行于线框平面的匀强电场或垂直于线框平面的匀强磁场,一带正电的粒子从bc边上的P点以速度v0射入,在虚线框内运动到cd边上的Q点飞出,飞出时的速度大小也为v0。
已知PQ间距离为L,粒子在P、Q两点的速度方向与PQ连线的夹角都为θ(θ<90º),粒子重力不计。
下列说法中正确的是()
A.若为匀强电场,场强方向可能与PQ平行
B.若为匀强电场,粒子从P到Q的最小速度为v0cosθ
C.不论是电场或磁场,都可以求出粒子从P到Q的时间
D.若为匀强磁场,磁场方向垂直纸面向内
【答案】BC
【解析】AB.虚线框内若为匀强电场,带电粒子从P到Q做类平抛运动,运动轨迹为抛物线,根据对称性,电场方向应与PQ垂直,其最小速度为v0conθ,A错误、B正确;
C.若为电场,则;若为磁场,粒子在磁场中的偏向角为2θ,圆心角也为2θ,则,,解得:
,故C正确.
D.虚线框内若为匀强磁场,根据左手定则,磁场方向应垂直纸面向外,D错误;
9.(多选)如图所示,在方向竖直向上、大小E=1ⅹ106V/m的匀强电场中,固定一个穿有A、B两个小球(均视为质点)的光滑绝缘圆环,圆环在竖直平面内,圆心为O、半径R=0.2m。
A、B用一根绝缘轻杆相连,B球带电荷量q=+7ⅹl0-6C,A球不带电,质量分别为mA=0.lkg、mB=0.8kg。
将两小球从圆环上的图示位置(A与圆心O等高,B在圆心0的正下方)由静止释放,重力加速度大小为g=l0m/s2。
则
A.小球A和B受到的合力的大小相等
B.小球B不能到达圆环的最高点
C.小球A和B的速度大小始终相等
D.两小球及轻杆组成的系统最大动能为
【答案】BCD
【解析】AC、设B转过α角时,A、B的速度分别为vA、vB,因A、B做圆周运动的半径和角速度均相同,故vA=vB,所以小球A和B切向加速度大小和法向加速度大小相等,但两球的质量不等,根据牛顿第二定律可知小球A和B受到合力大小不等,故A错误,C正确;
B、设B到达圆环最高点时A、B的动能分别为EKA、EKB,对A根据动能定理有:
,对B根据动能定理有:
,联立解得:
,上式表明:
B在圆环最高点时,系统动能为负值,所以B不能到达圆环最高点,故B正确;
D、对A由动能定理:
,对B,由动能定理:
,联立解得:
,据此式知,当时,两小球及轻杆组成的系统最大动能是,故D正确;
10.(多选)如图所示,带正电的小球套在绝缘光滑水平直杆上,轻弹簧一端固定在O点,另一端与小球相连。
空间中有水平向右的匀强电场,现将小球从P点由静止释放,它向右运动的过程中经过了Q点。
已知,在P、Q两点处,弹簧对小球的弹力大小相等(忽略弹簧的静电效应),且∠OPQ>∠OQP,在小球从P点到Q点的过程中()
A.小球的加速度一直增大
B.弹簧最短时,弹簧弹力对小球做功的功率为零
C.弹力做的总功为零
D.小球到达Q点的动能等于它在P、Q两点的电势能的差值
【答案】BCD
【解析】如下图所示,设O点正下方为O′点,与P点关于O′点对称的点为M点,所以小球从P到M过程中弹簧一直被压缩,弹簧原长的位置一定是在M与Q点之间。
小球处于O点正下方O′和小球受到的弹力为零的位置(M与Q点之间)时,小球合力都是qE,加速度都是Eq/m,则从P点到Q点的过程中,小球的加速度不是一直增大,选项A错误;弹簧最短时,小球在O′位置,此时弹力和速度方向垂直,则弹簧弹力对小球做功的功率为零,选项B正确;因小球在PQ位置时弹簧的弹力相等,则形变量大小相等,弹性势能相同,则弹力做的总功为零,选项C正确;从P到Q,只有电场力做功,根据动能定理可知,小球到达Q点的动能等于电场力做功,即等于它在P、Q两点的电势能的差值,选项D正确;故选BCD.