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電荷庫侖定律(滿分100分,60分鐘完成)班級(jí)_______姓名______目的要求:1.掌握真空中點(diǎn)電荷間作用力大小的計(jì)算及方向的判定──庫侖定律;2.知道真空中點(diǎn)電荷間作用力為一對(duì)相互作用力,遵從牛頓第三定律。第Ⅰ卷(選擇題共48分)一、選擇題:本大題共6小題,每小題8分,共48分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,至少有一個(gè)選項(xiàng)正確,選對(duì)的得8分,對(duì)而不全得4分。選錯(cuò)或不選的得0分。1.已知π+介子、π—介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克或反夸克)組成的,它們的帶電量如下表所示,表中e為元電荷π+π—ud帶電量+e-e+下列說法正確的是 () A.π+由u和組成 B.π+由d和組成 C.π—由u和組成 D.π—由d和組成2.關(guān)于對(duì)元電荷的理解,下列說法正確的是 () A.元電荷就是電子 B.元電荷就是質(zhì)子 C.元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量 D.元電荷是帶電荷量最小的帶電粒子A B C D圖13.中子內(nèi)有一個(gè)電荷量為的上夸克和兩個(gè)電荷量為的下夸克,一簡(jiǎn)單模型是三個(gè)夸克都在半徑為的同一圓周上,如圖1所示。在給出的四幅圖中,能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是 ()A B C D圖14.如圖2所示,光滑絕緣水平面上有兩只完全相同的金屬球A、B,帶電量分別為-2Q與-Q?,F(xiàn)在使它們以相同的初動(dòng)能E0(對(duì)應(yīng)的動(dòng)量大小為p0)開始相向運(yùn)動(dòng)且剛好能發(fā)生接觸。接觸后兩小球又各自反向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它們剛好回到各自的出發(fā)點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別為E1和E2,動(dòng)量大小分別為p1和p2。有下列說法,其中正確的是()-Q-2Q圖2ABA.E1=E2>E0,p-Q-2Q圖2AB B.E1=E2=E0,p1=p2=p0 C.接觸點(diǎn)一定在兩球初位置連線的中點(diǎn)右側(cè)某點(diǎn) D.兩球必將同時(shí)返回各自的出發(fā)點(diǎn)圖45.如圖4所示,三個(gè)完全相同的金屬小球a、b、c位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。a和c帶正電,b帶負(fù)電,a所帶電量的大小比b的小。已知c受到a和b的靜電力的合力可用圖中四條有向線段中的一條來表示,它應(yīng)是 ()圖4 A.F1 B.F2 C.F3 D.FPBAQ圖56.如圖5所示,豎直絕緣墻壁上的Q處有一固定點(diǎn)A,在Q的正上方的P處用絕緣細(xì)線懸掛一質(zhì)點(diǎn)B,A、B兩質(zhì)點(diǎn)因帶電而互相排斥,致使懸線與豎直方向成一夾角,由于漏電,A、BPBAQ圖5 A.變小 B.變大 C.不變 D.先變小后變大第Ⅱ卷(非選擇題,共52分)二、填空、實(shí)驗(yàn)題:本大題共3小題,每小題8分,共24分。把正確答案填寫在題中橫線上或按要求作答。7.光滑水平面有A、B兩個(gè)帶電小球,A的質(zhì)量是B的質(zhì)量的2倍,將兩球由靜止釋放,初始A的加速度為a,經(jīng)過一段時(shí)間后,B的加速度也為a,速度大小為v,此時(shí),A的加速度為___________,速度大小為___________。8.半徑相同的兩金屬小球,所帶的電量之比為3∶1,相距為r時(shí)相互作用力大小為F1,若把兩球相互接觸一下后再放回原位置,這時(shí)兩球間的相互作用力為F2,則F2∶F1可能為___________或___________。(兩球均可視為點(diǎn)電荷)9.直徑為R的絕緣球殼上均勻帶有電量為+Q的電荷,另一電量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O,由于對(duì)稱性,點(diǎn)電荷受力為零,現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r(r<<R)的一個(gè)小圓孔,則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為___________,方向___________(已知靜電力恒量為k)。三、計(jì)算題:本大題共2小題,計(jì)28分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。10.(12分)“真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷相距10cm,它們之間相互作用力大小為9×10-4N。當(dāng)它們合在一起時(shí),成為一個(gè)帶電量為3×10-8C的點(diǎn)電荷,根據(jù)電荷守恒定律:q1+q2=3×10-8C=a 根據(jù)庫侖定律:q1q2=F=×9×10-4C2=1×10-15C2=b以q2=代入(1)式得:q12-aq1+b=0解得q1==根號(hào)中的數(shù)值小于0,經(jīng)檢查,運(yùn)算無誤,試指出求解過程中的問題,并給出正確的解答。11.(16分)已經(jīng)證實(shí),質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的,上夸克帶電為,下夸克帶電為,e為電子所帶電量的大小,如果質(zhì)子是由三個(gè)夸克組成的,且各個(gè)夸克之間的距離都為l,l=×10-15m,試計(jì)算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個(gè)夸克之間的靜電力(庫侖力)。電荷庫侖定律參考答案一、選擇題:1.【答案】AD【點(diǎn)撥】從表中可以看出,u和結(jié)合剛好帶電+e,C錯(cuò)誤,A正確;d和結(jié)合帶電-e,B錯(cuò)誤,D正確。2.【答案】C【點(diǎn)撥】電子和質(zhì)子帶有等量的異種電荷,電荷量e=×10-19,電荷量e稱為元電荷。3.【答案】B【點(diǎn)撥】根據(jù)庫侖定律和兩力合成的平行四邊形定則,可以判斷B正確。4.【答案】AD【點(diǎn)撥】由牛頓定律的觀點(diǎn)看,兩球的加速度大小始終相同,相同時(shí)間內(nèi)的位移大小一定相同,必然在連線中點(diǎn)相遇,又同時(shí)返回出發(fā)點(diǎn)。由動(dòng)量觀點(diǎn)看,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,兩球的速度始終等值反向,也可得出結(jié)論:兩球必將同時(shí)返回各自的出發(fā)點(diǎn)。且兩球末動(dòng)量大小和末動(dòng)能一定相等。從能量觀點(diǎn)看,兩球接觸后的電荷量都變?yōu)椋?,在相同距離上的庫侖斥力增大,返回過程中電場(chǎng)力做的正功大于接近過程中克服電場(chǎng)力做的功,由功能關(guān)系知,系統(tǒng)機(jī)械能必然增大,即末動(dòng)能增大。A、D正確。5.【答案】B【點(diǎn)撥】a對(duì)c的庫侖力沿ac方向,b對(duì)c的庫侖力沿ca方向,因?yàn)閍所帶的電量的大小比b的小,所以答案B正確。6.【答案】CGF1F2GF1F2QBPA。從比例式可以看出,繩的拉力F2只跟B的重力、PQ之間的距離h、繩的長度L有關(guān)系,跟AB之間的庫侖力沒有關(guān)系,所以答案C正確。二、填空、實(shí)驗(yàn)題:7.【答案】,【點(diǎn)撥】A、B之間的庫侖力是作用力與反作用力,大小始終相等,又A的質(zhì)量是B的質(zhì)量的2倍,所以當(dāng)B的加速度為a是,A的加速度為,又根據(jù)動(dòng)量守恒得到B的速度為v時(shí),A的速度為。8.【答案】4∶3;1∶3【點(diǎn)撥】由題意可知兩球均帶電,但是所帶電的性質(zhì)未知,根據(jù)“兩球形狀相同,相碰之后電荷量均分”這一原則,如果兩球原來所帶電性相同,則碰后每一個(gè)球所帶電量為兩球原來所帶電量之和的一半,這樣由庫侖定律可得F2∶F1為4∶3;而當(dāng)兩球原來所帶電性相異時(shí),則相碰后每一個(gè)球所帶電荷量為兩異種電荷中和后電荷量的一半,即為兩球原來所帶電工量之差的一半,這樣再根據(jù)庫侖定律得出F2∶F1=1∶3。9.【答案】,由球心指向小孔中心【點(diǎn)撥】球殼電荷面密度ρ=,被挖去的小圓孔的所帶的電荷量q1=ρπr2=。由于r<<R,則忽略其形狀、大小對(duì)作用力的影響,q1可視為點(diǎn)電荷。根據(jù)庫侖定律有:F==。方向由球心指向小孔中心。三、計(jì)算題:10.【答案】見解析?!窘馕觥繘]有考慮兩電荷的電性,實(shí)際上兩電荷是異種電荷,有q1-q2=3×10-8C=A,q1q2=10-15C2=Bq12-Aq1+B=0解得:q1=5×10-8C,q2=2×10-8C11.【答
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