静电场经典计算题

静电场典型题分类精选一、电荷守恒定律 库仑定律典型例题例1 两个半径相同的金属小球，带电量之比为1∶7，相距为r ，两者相互接触后再放回原来的位置上，则 相互作用力可能为原来的多少倍？练习.（江苏物理）1．两个分别带有电荷量Q -和+3Q 的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为r 的两处，它们间库仑力的大小为F 。

两小球相互接触后将其固定距离变为2r，则两球间库仑力的大小为 A ．112F B ．34F C ．43F D ．12F 二、三自由点电荷共线平衡．．问题 例1．（改编）已知真空中的两个自由点电荷A 和B, 94AQ Q =,B Q Q =-,相距L 如图1所示。

若在直线AB 上放一自由电荷C,让A 、B 、C 都处于平衡状态，则对C 的放置位置、电性、电量有什么要求？练习1．（原创）下列各组共线的三个自由电荷,可以平衡的是（ ）A 、4Q 4Q 4QB 、4Q －5Q 3QC 、9Q －4Q 36QD 、－4Q 2Q －3Q2.如图1所示，三个点电荷q 1、q 2、q 3固定在一直线上，q 2与q 3的距离为q 1与q 2距离的2倍，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电量之比q 1∶q 2∶q 3为（ ）A ．－9∶4∶－36B ．9∶4∶36C ．－3∶2∶－6D ．3∶2∶6三、三自由点电荷共线不平衡．．．（具有共同的加速度）问题 例1．质量均为m 的三个小球A 、B 、C 放置在光滑的绝缘水平面的同一直线上，彼此相隔L 。

A 球带电量10A Q q =，B Q q =，若在小球C 上外加一个水平向右的恒力F ，如图4所示，要使三球间距始终保持L 运动，则外力F 应为多大？C 球的带电量C Q 有多大？图1A B图4A B C F四．静态平衡例1 如图1所示，在光滑水平面上固定一个小球A，用一根原长为l0、由绝缘材料制的轻弹簧把A球与另一个小球B连接起来，然后让两球带上等量同种电荷q，这时弹簧的伸长量为x1，如果设法使A、B两球的电量各减少一半，这时弹簧的伸长量为x2，则 [ ]例2如图1所示用两根等长的绝缘细线各悬挂质量分别为m A和m B的小球，悬点为O，两小球带同种电荷，当小球由于静电力作用张开一角度时，A球悬线与竖直线夹角为α，B球悬线与竖直线夹角为β，如果α=30°，β=60°，求两小球m A和m B之比。

经典的静电场习题1、如图所示，中央有正对小孔的水平放置的平行板电容器与电源连接，电源电压为U 。

将一带电小球从两小孔的正上方P 点处由静止释放，小球恰好能够达到B 板的小孔b 点处，然后又按原路返回。

那么，为了使小球能从B 板的小孔b 处出射，下列可行的办法是（ ） A.将A 板上移一段距离 B.将A 板下移一段距离 C.将B 板上移一段距离 D.将B 板下移一段距离2、如图所示，A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个正六边形的六个顶点，已知A 、B 、C 三点的电势分别为1V 、6V 和9V 。

则D 、E 、F 三点的电势分别为（ ）A 、+7V 、+2V 和+1VB 、+7V 、+2V 和1VC 、-7V 、-2V 和+1VD 、+7V 、-2V 和1V3、质量为m 、带电量为-q 的粒子（不计重力），在匀强电场中的A 点以初速度υ0沿垂直与场强E 的方向射入到电场中，已知粒子到达B 点时的速度大小为2υ0，A 、B 间距为d ，如图所示。

则（1）A 、B 两点间的电势差为（ ） A 、q m U AB232υ-= B 、q m U AB232υ= C 、q m U AB22υ-= D 、qm U AB22υ= （2）匀强电场的场强大小和方向（ ） A 、qdm E 221υ=方向水平向左 B 、qdm E 221υ=方向水平向右 C 、qdm E 2212υ= 方向水平向左D 、qdm E 2212υ=方向水平向右4、一个点电荷从静电场中的A 点移到电场中的B 点，其电势能变化为零，则（ ） A 、A 、B 两点处的场强一定相等 B 、该电荷一定能够沿着某一等势面移动 C 、A 、B 两点的电势一定相等 D 、作用于该电荷上的电场力始终与其运动方向垂直 A B a bP· m 、q。

。

U+ -A B C DEF E· Aυ0 B·5、在静电场中（ ）A.电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零B.电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等C.电场强度的方向总是跟等势面垂直D.沿着电场线的方向电势是不断降低的6、一个初动能为E K 的带电粒子，沿着与电场线垂直的方向射入两平行金属板间的匀强电场中，飞出时该粒子的动能为2E K ，如果粒子射入时的初速度变为原来的2倍，那么当它飞出电场时动能为（ ） A 、4E K B 、4.25E K C 、5E K D 、8E K7、如图所示，实线为一簇电场线，虚线是间距相等的等势面，一带电粒子沿着电场线方向运动，当它位于等势面φ1上时，其动能为20eV ，当它运动到等势面φ3上时，动能恰好等于零，设φ2=0，则，当粒子的动能为8eV 时，其电势能为（ ） A 、12eV B 、2eV C 、10eV D 、08、如图10—7所示，在两电荷+Q 1和-Q 2连线的延长线上有a 、b 、c 三点，测得b 点的场强为零。

静电场计算题1、如图1-79所示，质量m ＝5.0X10-8千克的带电粒子，以初速Vo=2m/s 的速度从水平放置的平行金属板A 、B 的中央，水平飞入电场，已知金属板长0.1m ，板间距离d ＝2X10-2m ，当U AB =1000V 时，带电粒子恰好沿直线穿过电场，若两极板间的电势差可调，要使粒子能从两板间飞出，U AB 的变化范围是多少?(g 取10m ／s 2) （大于200V 小于1800V ）2、竖直放置的两块足够长的平行金属板报间有匀强电场，场强为E ，在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m 的带电小球，丝线与竖直方向成θ角时小球恰好平衡，求：⑴、小球所带的电量；⑵、若剪断丝线，小球碰到金属板需要多长时间。

3、如图，在电场线上有A 、B 、C 三点，设将C 点接地，将1C 的正电荷由A 点移到C 点，电场力做功为5J ，再将该电荷从B 移到C 点，电场力做功为－5J ，求φA 和φB∴沿电场线方向电势降低4、两个半径均为R 的圆形平板电极，平行正对放置，相距为d ，极板间的电势差为U ，板间电场可以认为是均匀的。

一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板中心。

已知质子电量为e ，质子和中子的质量均视为m ，忽略重力和空气阻力的影响，求：⑴、极板间的电场强度E⑵、α粒子在极板间运动的加速度a⑶、α粒子的初速度v 0A B 图1-79 b θ +- mgtg q E θ=222s sin s sin b s bco t a gco g θθθθ===55AC BC A B W W V V q q ϕϕ====-,5(5)10A B A B V ϕϕϕϕ>-=--=55101AC CB AB AB W W W U V q q ++====CB BC W W =-AB A B U ϕϕ=-5、如图所示，A 、B 两水平平行金属板构成一个电容为C 的电器，B 板接地，最初A 、B 两板均不带电。

Q 强大小皆为 k2L2，方向与水平方向成 45°角，因三个点电荷的空间对称性，水平方向合场强为零，总合场
3 2kQ 强为三个场强的竖直分量之和，即 4L2 ，选项 D 正确。
7. 解析：选 A 设在 O 点的球壳为完整的带电荷量为 2q 的带电球壳，则在 M、N 两点产生的场强大
k·2q kq 小为 E0＝2R2＝2R2。题图中左半球壳在 M 点产生的场强为 E，则右半球壳在 M 点产生的场强为 E′＝
4Q·2Q
Q2
FAC＝k 12L2 ＝32kL2
B、C 之间为引力，大小为 Q·2Q Q2
FBC＝k12L2＝8k L2
Q2 F 合＝FAC＋FBC＝40kL2 。
(2)根据三个点电荷的平衡规律，D 为正电荷，且 D 应放在 AB 连线的延长线上靠近 B 的一侧，设 D 到 B 的距离为 x，电荷量为 q，
静电场典型题目 70 题参考答案
1. 解析：选 A 库仑力作用符合牛顿第三定律，即两小球所带电荷量不相等时，相互作用的库仑力
大小相等，因此 α>β 不是电荷量不相等造成的。根据受力平衡条件及 α>β，可得 m1<m2，故 A 正确。
2. 解析：选 D 由于小球 c 所受库仑力的合力的方向平行于 a、b 的连线，根据受
库仑力与 b 对 c 的库仑力关于 Oc 对称，即 qa＝qb，B 正确；对 a、b 整体受力分析可得：因为 a、b 连线
水平，则 ma＝mb，但与 c 的质量关系不能确定，A 错误；因 c 对 a、b 的库仑力关于 Oc 对称，由受力分
析知，细线 Oa、Ob 所受拉力大小相等，C 正确；c 所带电荷量与 a、b 所带电荷量不一定相等，所以 a、
kq
kq

《静电场》计算题专项训练1．在光滑的绝缘水平面上，有一质量m ＝1.0 ⨯ 10－3 kg 、电量q ＝1.0 ⨯ 10－10 C 的带正电小球，静止在O 点，以O 点为原点，在该水平面内建立直角坐标系Oxy 。

现突然加一沿y 轴正方向、场强大小E 1＝6.0 ⨯ 106 V ／m 的匀强电场，使小球开始运动，经过1.0 s ，所加电场突然变为沿x 轴正方向、场强大小为E 2＝4.0 ⨯ 106 V ／m 的匀强电场，求再经过2.0 s 时小球的位置坐标。

1．【解析】a 1＝qE 1m ＝6⨯106⨯1⨯10－101⨯10－3m / s 2＝0.6 m / s 2v 1＝a 1t 1＝0.6⨯1 m / s ＝0.6 m / s ； y 1＝12 a 1t 12＝12 ⨯0.6⨯12 m ＝0.3 m ；a 2＝qE 2m ＝4⨯106⨯1⨯10－101⨯10－3m / s 2＝0.4 m / s 2y 2＝v 1t 2＝0.6⨯2 m ＝1.2 m ；y ＝y 1＋y 2＝（0.3＋1.2）m ＝1.5 m ； x ＝12 a 2t 22＝12⨯0.4⨯22m ＝0.8 m2．如图所示，固定于同一条竖直线上的A 、B 是两个带等量异种电荷的点电荷，电荷量均为Q ，其中A 带正电荷，B 带负电荷，D 、C 是它们连线的垂直平分线，A 、B 、C 三点构成一边长为d 的等边三角形。

另有一个带电小球E ，质量为m 、电荷量为＋q(可视为点电荷)，被长为L 的绝缘轻质细线悬挂于O 点，O 点在C 点的正上方。

现在把小球 E 拉起到M 点，使细线水平绷直且与A 、B 、C 处于同一竖直面内，并由静止开始释放，小球E 向下运动到最低点C 时，速度为v 。

已知静电力常量为k ，若取D 点的电势为零，试求： (1)在A 、B 所形成的电场中，M 的电势φM 。

(2)绝缘细线在C 点所受到的拉力T 。

2．【解析】(1)电荷E 从M 点运动到C 的过程中,电场力做正功,重力做正功．根据动能定理Uq+mgL=mv 2/2得M 、C 两点的电势差为 U MC ＝(mv 2-2mgL)/2q-------又,C 点与D 点为等势点,所以M 点的电势为U M ＝(mv 2-2mgL)/2q (2)在C 点时A 对E 的电场力F １与B 对E 的电场力F ２相等，且为 F １＝F ２＝kQq/d2又，A 、B 、C 为一等边三角形，所以F １、F ２的夹角为120０，故F 1、F 2的合力为 F 12= kQq/d 2, 且方向竖直向下。

静电场练习题一、电荷守恒定律、库仑定律练习题4．把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是 [ ]A．带有等量异种电荷 B．带有等量同种电荷C．带有不等量异种电荷 D．一个带电，另一个不带电8．真空中有两个固定的带正电的点电荷，其电量Q1＞Q2，点电荷q置于Q1、Q2连线上某点时，正好处于平衡，则 [ ]A．q一定是正电荷 B．q一定是负电荷C．q离Q2比离Q1远D．q离Q2比离Q1近14．如图3所示，把质量为0.2克的带电小球A用丝线吊起，若将带电量为4×10-8库的小球B靠近它，当两小球在同一高度相距3cm时，丝线与竖直夹角为45°，此时小球B受到的库仑力F＝______，小球A带的电量q A＝______．二、电场电场强度电场线练习题6．关于电场线的说法，正确的是 [ ]A．电场线的方向，就是电荷受力的方向B．正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动C．电场线越密的地方，同一电荷所受电场力越大D．静电场的电场线不可能是闭合的7．如图1所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条线上有A、B两点，用E A、E B表示A、B两处的场强，则 [ ]A．A、B两处的场强方向相同B．因为A、B在一条电场上，且电场线是直线，所以E A＝E BC．电场线从A指向B，所以E A＞E BD．不知A、B附近电场线的分布情况，E A、E B的大小不能确定8．真空中两个等量异种点电荷电量的值均为q，相距r，两点电荷连线中点处的场强为 [ ]A．0 B．2kq／r2 C．4kq／r2 D．8kq／r29．四种电场的电场线如图2所示．一正电荷q仅在电场力作用下由M点向N点作加速运动，且加速度越来越大．则该电荷所在的电场是图中的 [ ]11．如图4，真空中三个点电荷A、B、C，可以自由移动，依次排列在同一直线上，都处于平衡状态，若三个电荷的带电量、电性及相互距离都未知，但AB＞BC，则根据平衡条件可断定 [ ]A．A、B、C分别带什么性质的电B．A、B、C中哪几个带同种电荷，哪几个带异种电荷C．A、B、C中哪个电量最大D．A、B、C中哪个电量最小二、填空题12．图5所示为某区域的电场线，把一个带负电的点电荷q放在点A或B时，在________点受的电场力大，方向为______．16．在x轴上有两个点电荷，一个带正电荷Q1，另一个带负电荷Q2，且Q1＝2Q2，用E1、E2表示这两个点电荷所产生的场强的大小，则在x轴上，E1＝E2的点共有____处，其中_______处的合场强为零，______处的合场强为2E2。

静电场典型计算题1．将带电荷量为1×10－8C 的电荷，从无限远处移到电场中的A 点，要克服静电力做功1×10－6J ，问：(1)电荷的电势能是增加还是减少？电荷在A 点具有多少电势能？(2)A 点的电势是多少？(3)若静电力可以把带电荷量为2×10－8C 的电荷从无限远处移到电场中的A 点，说明电荷带正电还是带负电？静电力做了多少功？(取无限远处为电势零点)答案：(1)增加 1×10－6J (2)100V (3)带负电 2×10－6J解析：(1)静电力做负功，电荷的电势能增加，因无限远处电势能为零，电荷在A 点具有的电势能为1×10－6J. (2)A点的电势为： φA ＝E pA q ＝1×10－61×10－8V ＝100V.(3)因静电力做正功，说明电荷受力方向与运动方向相同，说明电荷带负电，静电力做功为：W 2＝2W 1＝2×10－6J. 2．一长为L 的细线，上端固定，下端拴一质量为m 、带电荷量为q 的小球，处于如图所示的水平向右的匀强电场中，开始时，将线与小球拉成水平，然后释放小球由静止开始向下摆动，当细线转过60°角时，小球到达B 点速度恰好为零．试求：（1）AB 两点的电势差U AB ；（2）匀强电场的场强大小；【解析】试题分析：（1）小球由A →B 过程中，由动能定理：mgLsin60°+qU AB =0所以U AB =−√3mgL2q．（2）根据公式E =Ud可得E =|U AB |L−Lcos60°=√3mgq． 3．如右图所示，板长L ＝4 cm 的平行板电容器，板间距离d ＝3 cm ，板与水平线夹角α＝37°，两板所加电压为U ＝100 V 。

有一带负电液滴，带电荷量为q ＝3×10－10 C ，以v 0＝1 m/s 的水平速度自A 板边缘水平进入电场，在电场中仍沿水平方向并恰好从B 板边缘水平飞出(取g ＝10 m/s 2＝sin α＝0.6＝cos α＝0.8)。

1、如图是一匀强电场的电场线和等势面.A,B 两点在同一条电场线上,但在两个不同的等势面上,它们之间的距离是d,电势差为U AB .当沿着电场的方向将一个正的点电荷q 由场中A 点移动到B 点时.(1)试求点电荷受到的电场力是多少?方向如何？(2)电场力做功W AB 又是多少?电势能如何变化？2、如图所示，水平放置的两块平行金属板A 、B 之间有一匀强电场，一个带正电的微粒P 恰好能悬浮在板间处于静止状态：（1）如果微粒P 所带电量为q ，质量为m ，求板间的场强大小和方向？（2）如果将另一点电荷-q 放在电场中的M 点，它受到的电场力多大，方向如何？3、在电场强度为E 方向水平向右的匀强电场中，用一根长为L 的绝缘细杆（质量不计）固定一个质量为m 的电量为q 带正电的小球，细杆可绕轴O 在竖直平面内自由转动。

现将杆从水平位置A 轻轻释放，在小球运动到最低点B 的过程中.求:（1）电场力对小球作多少功？ 小球的电势能如何变化？（2）A 、B 两位置的电势差多少？ （3）小球到达B 点时的速度多大？ （4）在最低点时绝缘杆对小球的作用力？4、如图所示，在竖直放置的足够大的铅屏A 的右表面上贴 着射线（即电子）放射源P ，已知射线实质为高速电子流，放射源 放出的粒子射向各个方向速度为v 0＝1.0×107m/s 。

足够大的荧屏M 与铅屏A 平行放置，相距d ＝2.0×10－2m ，其间有水平向左的匀强 电场，电场强度大小E ＝2.5×104N/C 。

已知电子电量e ＝1.610-19Cββ⨯B电子质量取m＝9.010-31kg。

求：（1）电子到达荧光屏M上的动能。

（2）荧光屏上的发光面积。

5、如图所示，半径为r的绝缘细圆环的环面固定在水平面上，场强为E的匀强电场与环面平行。

一电量为+q、质量为m的小球穿在环上，可沿环作无摩擦的圆周运动，若小球经A点时，速度v A的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用，试计算：（1）速度v A的大小；（2）小球运动到与A点对称的B点时，对环在水平方向的作用力。

静电场计算题1、如图所示，在E＝103 V/m的竖直匀强电场中，有一光滑半圆形绝缘轨道QPN与一水平绝缘轨道MN在N点平滑相接，半圆形轨道平面与电场线平行，其半径R＝40 cm，N为半圆形轨道最低点，P为QN圆弧的中点，一带负电q＝10－4 C的小滑块质量m＝10 g，与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.15，位于N点右侧1.5 m的M处，取g＝10 m/s2，求：(1)要使④小滑块恰能运动到圆轨道的最高点Q，则小滑块应以多大的初速度v0向左运动？(2)这样运动的⑤小滑块通过P点时对轨道的压力是多大？2、一根长为l的丝线吊着一质量为m、带电荷量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中，如图所示，丝线与竖直方向成37°角，现突然将该电场方向变为竖直向下且大小不变，不考虑因电场的改变而带来的其他影响(重力加速度为g，sin37°＝0.6)，求：(1)匀强电场的电场强度的大小；(2)小球经过最低点时受到的拉力大小。

3、在一个水平面上建立x轴，在过原点O垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场，场强大小E＝6.0×105 N/C，方向与x轴正方向相同。

在O处放一个电荷量q＝－5.0×10－8 C、质量m＝1.0×10－2 kg的绝缘物块，物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.20，沿x轴正方向给物块一个初速度v0＝2.0 m/s，如图所示。

求物块最终停止时的位置。

(g取10 m/s2)4、实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。

在右图中，从炽热金属丝射出的电子流，经电场加速后进入偏转电场。

已知加速电极间的电压U1＝2500 V，偏转电极间的电压U2＝2.0 V，偏转电极极板长l＝6.0 cm，板间距d＝0.2 cm。

电子的质量是m＝0.91×10－30 kg，带电量大小为e ＝1.6×10－19 C，电子重力不计，未打到极板上。

求：(1)电子离开加速电场时的速度v的大小；(2)电子离开偏转电场时的竖直方向速度v⊥的大小；(3)电子离开偏转电场时竖直方向移动的距离y。

静电场习题及答案静电场习题及答案静电场是物理学中的一个重要概念，它描述了由电荷引起的力的作用。

在学习静电场的过程中，我们常常会遇到一些习题来巩固所学的知识。

本文将介绍一些常见的静电场习题，并给出相应的答案和解析。

习题一：两个点电荷之间的力问题描述：两个点电荷Q1和Q2之间的距离为r，它们之间的电力为F，若将Q1的电荷加倍，Q2的电荷减半，它们之间的电力变为多少？答案与解析：根据库仑定律，两个点电荷之间的电力与它们的电荷量和距离的平方成反比。

设Q1的电荷为q1，Q2的电荷为q2，则有F = k * q1 * q2 / r^2，其中k为电磁力常数。

将Q1的电荷加倍，Q2的电荷减半后，新的电力为F' =k * (2q1) * (0.5q2) / r^2 = 2F。

所以，它们之间的电力变为原来的2倍。

习题二：电场强度的计算问题描述：一均匀带电球体的半径为R，总电荷量为Q，求球心处的电场强度E。

答案与解析：由于球体带电，所以球体上每一点都有电荷。

根据对称性，球心处的电场强度与球体上的电荷分布无关，只与总电荷量和球心距离有关。

根据库仑定律，球心处的电场强度E = k * Q / R^2，其中k为电磁力常数。

所以，球心处的电场强度与球体上的电荷分布无关，只与总电荷量和球心距离有关。

习题三：电势差的计算问题描述：在一个静电场中，一个带电粒子从A点移动到B点，A点的电势为V1，B点的电势为V2，求带电粒子在移动过程中所受的电势差ΔV。

答案与解析：电势差ΔV定义为电势的变化量，即ΔV = V2 - V1。

根据电势的定义，电势是单位正电荷所具有的势能，所以电势差表示单位正电荷从A点移动到B点所具有的势能变化量。

所以，带电粒子在移动过程中所受的电势差为ΔV = V2 - V1。

习题四：电场线的性质问题描述：在一个静电场中，电场线的性质有哪些？答案与解析：电场线是描述电场的一种图形表示方法。

电场线的性质包括以下几点：1. 电场线的方向与电场强度的方向相同，即电场线从正电荷指向负电荷。

静电场练习一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确的选项前的符号填在括号内) 1．在真空中的一个点电荷的电场中，离该点电荷距离为r0的一点引入电荷量为q的检验电荷，所受静电力为F，则离该点电荷为r处的场强大小为() A．F/q B．Fr20/(qr2)C．Fr0/qr D.Fqrr0解析由库仑定律，得：F＝kqQr20，在r处的场强E＝kQr2，得E＝Fr20qr2，故B选项正确．答案 B2.如图所示，一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM＝MN.P点在y轴右侧，MP⊥ON.则()A. M点的电势比P点的电势高B．将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功C. M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差D．在O点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿y轴做直线运动解析过M、P、N做等势线，可得到过P点的等势线通过M、N之间，因顺着电场线电势降低，则有φM>φP>φN，故A选项正确；将负电荷由O点移到P 点，因U OP>0，所以W＝－qU OP<0，则电场力做负功，故B选项错误；由U＝Ed可知，MN间的平均场强小于OM间的平均场强，故MN两点间的电势差小于OM两点间的电势差，C选项错误；根据电场线的分布特点会发现，电场线关于y轴两边对称，故y轴上的场强方向在y轴上，所以在O点静止释放一带正电粒子，其所受电场力沿y轴正方向，则该粒子将沿y轴做直线运动，故D选项正确．答案AD3.空间存在竖直向上的匀强电场，质量为m的带正电的微粒水平射入电场中，微粒的运动轨迹如图所示．在相等的时间间隔内()A．重力做的功相等B．电场力做的功相等C．电场力做的功大于重力做的功D．电场力做的功小于重力做的功解析本题考查了带电粒子在电场中运动的功能问题．带电粒子进入电场后做水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动，即为类平抛运动，故－带电微粒的动能增大，且在运动过程中，重力做负功，电场力做正功，即W电W G＝ΔE k>0，故W电>W G.答案 C4.如图所示，在点电荷Q的电场中有a、b两点，两点到点电荷的距离r a<r b.设a、b两点场强大小分别为E a和E b，电势分别为φa和φb，则() A．E a一定大于E b，φa一定大于φbB．E a一定大于E b，φa可能小于φbC．E a一定大于E b，φa可能大于φbD．E a可能小于E b，φa可能小于φb解析电场中某点的电场强度E和电势φ没有联系，电场中某点的电势与零势点的选取有关，故B、C选项正确．答案BC5.A、B是一条电场线上的两个点，一带负电的微粒仅在电场力作用下以一定初速度从A点沿电场线运动到B点，其速度－时间图象如图所示．则这一电场可能是()解析由v－t图象可知微粒的速度减小，加速度增大，可知微粒所受电场力方向由B指向A，从A到B的过程中电场力逐渐增大，结合粒子带负电，可以判断电场线方向由A指向B且越来越密，故A选项正确．答案 A6．一平行板电容器的两个极板水平放置，两极板间有一带电量不变的小油滴，油滴在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比．若两极板间电压为零，经一段时间后，油滴以速率v匀速下降；若两极板间的电压为U，经一段时间后，油滴以速率v匀速上升．若两极板间电压为－U，油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是()A．2v、向下B．2v、向上C．3v、向下D．3v、向上解析由电容器两极板间电压为0，油滴以速度v匀速下降时，油滴受力如图①所示，则有mg＝Ff1，①Ff1＝k v.②若极板间电压为U时，受力如图②所示，＝Ff2＋mg，③则有F电Ff2＝k v，④若极板间电压为－U时，油滴受力如图③所示，则有F电＋mg＝Ff3，⑤Ff3＝k v′.⑥由①②③④⑤⑥联立可解得v′＝3v，且方向向下，故选C.答案 C7.(2012·新课标全国)如图，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连．若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子()A．所受重力与电场力平衡B．电势能逐渐增加C．动能逐渐增加D．做匀变速直线运动解析带电粒子在平行板电容器之间受到两个力作用，一是重力mg，方向竖直向下，二是电场力F＝qE，方向垂直极板向上．因为二力均为恒力，已知带电粒子做直线运动，所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上，根据牛顿第二定律可知，该粒子做匀减速直线运动，故选项D正确，选项A、C错误；从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，故选项B正确．答案BD8.如图所示，在两个电荷量均为＋q的点电荷连线中点O与中垂线上某点P 中，正确的关系是()A. φO<φP，EO>EPB. φO>φP，EO<EPC．将正电荷从O点移到P点，电场力做正功D．将正电荷从O点移到P点，电场力做负功解析等量同种电荷连线中点场强为零，中垂线上其他点合场强沿中垂线向外，所以E P>E O，φP<φO，选项A错误，选项B正确．将正电荷由O点移到P 点，是沿着电场力移动，电场力做正功，选项C正确，选项D错误．答案BC9.如图所示是一个说明示波管工作的原理图，电子经加速电场(加速电压为U1)加速后垂直进入偏转电场，离开偏转电场时偏转量是h，两平行板间的距离为d，电压为U2，板长为l，每单位电压引起的偏移hU2叫做示波管的灵敏度，为了提高灵敏度，可采用下列哪些方法()A．增大U1B．减小lC．减小d D．增大U2解析电子经过加速电场U1加速，由动能定理，可得eU1＝12m v21，进入偏转电场后，偏转量h＝12at2＝eU2l22dm v21＝eU2l24eU1d＝U2l24U1d，可得hU2＝l24U1d，由此式可知C选项正确．答案 C10.如图所示，用绝缘细线拴一带负电小球，在竖直平面内做圆周运动，匀强电场方向竖直向下，则()A．当小球运动到最高点a时，线的张力一定最小B．当小球运动到最低点b时，小球的速度一定最大C．当小球运动到最高点a时，小球的电势能最小D．小球在运动过程中机械能不守恒解析若qE＝mg，小球将做匀速圆周运动，球在各处对细线的拉力一样大．若qE<mg，球在a处速度最小，对细线的拉力最小．若qE>mg，球在a处速度最大，对细线的拉力最大．故选项A、B错误．a点电势最高，负电荷在电势最高处电势能最小，故选项C正确．小球在运动过程中除重力外，还有电场力做功，机械能不守恒，选项D正确．答案CD第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空题(每小题5分，共20分)11．质量为m，电荷量为q的质点，在静电力作用下以恒定速率v沿圆弧由A运动到B，其速度方向改变θ角，AB弧长为s，则A、B两点的电势差U AB＝________，AB中点的场强大小E＝________.解析由动能定理qU AB＝ΔE k＝0，所以U AB＝0.质点做匀速圆周运动R＝s θ静电力提供向心力有qE＝m v2 R.解得E＝m v2θqs.答案0m v2θqs12．在真空中两个带等量异种电荷的点电荷，电荷量均为2×10－8C，相距20 cm，则它们之间的相互作用力为________N，在两者连线的中点处，电场强度大小为________N/C.答案9×10－5 3.6×10413.如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，且相邻两等势面的电势差相等，一正电荷在等势面φ3上时具有动能60 J，它运动到等势面φ1上时，速度恰好为零，令φ2＝0，那么，当该电荷的电势能为12 J时，其动能大小为________J.解析以φ2的电势为零，由能量守恒可知，电荷的电势能和动能的总和保持不变，由题意可知每经过一个等势面带电粒子的动能减少30 J，则在等势面φ2上时动能为30 J，电势能为0，则总能量为30 J，故当电势能为12 J时，动能为18 J.答案1814.如图所示，真空中有一电子束，以初速度v0沿着垂直场强方向从O点进入电场，以O点为坐标原点，沿x轴取OA＝AB＝BC，再自A、B、C作y轴的平行线与电子径迹分别交于M、N、P点，则AM:BN:CP＝________，电子流经M、N、P三点时沿x轴的分速度之比为________．答案1:4:91:1:1三、计算题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤)15．(10分)如图所示是示波器的示意图，竖直偏转电极的极板长L1＝4 cm，板间距离d＝1 cm.板右端距离荧光屏L2＝18 cm，电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是v ＝1.6×107 m/s ，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，质量m ＝0.91×10－30kg.要使电子束不打在偏转电极上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U 不能超过多大？解析 由类平抛运动的知识，得d 2＝12at 2. 由牛顿第二定律，得a ＝Uedm . 飞行时间t ＝L 1v .联立以上各式，得最大偏转电压U ＝md 2v 2eL 21＝91 V .即加在竖直偏转电极上的最大偏转电压不能超过91 V . 答案 91 V 16.(14分)如图所示，ab 是半径为R 的圆的一条直径，该圆处于匀强电场中，场强大小为E ，方向一定，在圆周平面内，将一带正电荷q 的小球从a 点以相同的动能抛出，抛出方向不同时，小球会经过圆周上不同的点，在所有的这些点中，到达c 点时小球的动能最大．已知∠cab ＝30°，若不计重力和空气阻力，试求：(1)电场方向与ac 间的夹角θ为多大？(2)若小球在a 点时初速度方向与电场方向垂直，则小球恰好能落在c 点，那么初动能为多大？解析(1)带正电小球从a 点抛出后，仅在电场力作用下，运动到圆周上的c 点，且具有最大动能，则说明在圆周上c 点与a 点的电势差最大，过c 点做圆的切线即为该匀强电场的等势线，故电场的方向沿Oc 方向，如图所示．电场方向与ac 间的夹角为30°.(2)设初速度为v 0，垂直电场方向带正电小球做匀速运动，有R ·sin60°＝v 0t ； 平行于电场方向带正电小球做匀加速直线运动，有 R ＋R cos60°＝12at 2，根据牛顿第二定律得qE ＝ma ， 联立以上各式解得 E k a ＝12m v 20＝EqR 8. 答案 (1)30° (2)EqR 8 17.(16分)如图所示，光滑斜面倾角为37°，一带有正电的小物块质量为m ，电荷量为q ，置于斜面上，当沿水平方向加有如图所示的匀强电场时，带电小物块恰好静止在斜面上，从某时刻开始，电场强度变化为原来的12，求：(1)原来的电场强度大小；(2)物块运动的加速度；(3)沿斜面下滑距离为L 时物块的速度大小．(g 取10 m/s 2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)解析 (1)物体受到的力有重力mg ，支持力F N .静电力F ＝qE ，如图． qE ＝mg tan37°∴E ＝mg tan37°q＝3mg 4q . (2)当电场强度变为原来的12时，物块在斜面方向有mg sin θ－q E 2cos θ＝ma .∴a ＝g sin37°－12g sin37°＝3.0 m/s 2.方向沿斜面向下．(3)由动能定理，得mgL sin37°－qE′L cos37°＝12m v2－0.解得v＝6L m/s.答案(1)3mg 4q(2)3.0 m/s2方向沿斜面向下(3)6L m/s。

1．两个正点电荷Q 1=+Q 和Q 2=+4Q 分别固定在光滑绝缘水平面上的A 、B 两点，A 、B 两点相距L ，且A 、B 两点正好位于水平光滑绝缘半圆细管两个端点的出口处，如图所示．（1）在A 、B 连线上，由A 点到B 点，电势如何变化？（2）将一正检验电荷置于A 、B 连线上靠近A 处由静止释放，求它在A 、B 连线上运动的过程中能达到最大速度的位置离A 点的距离；（3）若把另一正检验电荷放于绝缘管内靠近A 点处由静止释放，试确定它在管内运动过程中速度为最大值时的位置P ，即求出图中PA 和AB 连线的夹角θ．2．如图所示，水平向左的匀强电场中，用长为l 的绝缘轻质细线悬挂一小球，小球质量为m ，带电量为q +，将小球拉至竖直方向最低位置A 点处无初速度释放，小球将向左摆动，细线向左偏离竖直方向的最大角度074θ=，（重力加速度为g ，0sin 0.637=，cos 0.837=）（1）求电场强度的大小E ；（2）求小球向左摆动的过程中，对细线拉力的最大值；（3）若从A 点处释放小球时，给小球一个水平向左的初速度0v ，则为保证小球能做完整的圆周运动，0v 的大小应满足什么条件？3．如图所示，在竖直平面内，光滑绝缘直杆AC 与半径为R 的圆周交于B 、C 两点，在圆心处有一固定的正点电荷，B 点为AC 的中点，C 点位于圆周的最低点。

现有一质量为m 、电荷量为q -，套在杆上的带负电小球（可视为质点）从A 点由静止开始沿杆下滑。

已知重力加速度为g ，A 点距过C 点的水平面的竖直高度为3R ，小球滑到B 点时的速度大小为（1）求小球滑至C 点时的速度大小； （2）求A 、B 两点间的电势差AB U ；（3）若以C 点为参考点（零电势点），试确定A 点的电势。

4．电视机的显像管中，电子束的偏转是用电偏转和磁偏转技术实现的．如图甲所示，电子枪发射出的电子经小孔S 1进入竖直放置的平行金属板M 、N 间，两板间所加电压为U 0；经电场加速后，电子由小孔S 2沿水平放置金属板P 和Q 的中心线射入，两板间距离和长度均为；距金属板P 和Q 右边缘处有一竖直放置的荧光屏；取屏上与S 1、S 2共线的O 点为原点，向上为正方向建立x 轴。

静电场计算题11、在真空中相距30 cm的A、B两点上，分别放置场源电荷Q和检验正点电荷q，已知q＝1.6×10－12 C，q受到的电场力F＝3.2×10－9 N，并沿AB方向，求：(1)B点处场强大小；(2)场源点电荷的带电量Q.2、如图所示，质量为m的电量为+q的小球A悬挂在绝缘细线上，且处在一水平方向的匀强电场中，当小球A静止时，细线与竖直方向成30°角，求:（1）电场强度E的大小（2）若匀强电场的方向可任意变化，求能使小球静止的最小的电场强度的大小。

3、如图所示，在x轴上坐标为＋1m的点上固定一个电量为＋4Ｑ的点电荷，坐标原点Ｏ处固定一电量为一Ｑ的点电荷.则（1）在x=3m处的电场强度是多少？（2）在x坐标轴上哪个位置的电场强度为0？4、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，假设电场足够大，静止时悬线向左与竖直方向成60°角。

小球在运动过程中电荷量保持不变，重力加速度取g＝10 m/s2。

(1)判断小球带何种电荷。

(2)求电场强度E的大小。

(3)若在某时刻将细线突然剪断，求小球运动的加速度a。

5、如图所示，相距为2d的A和B两点上固定着等量异种的两个点电荷，电荷量分别为＋Q和－Q.在AB连线的中垂线上取一点P，垂足为O，∠PAO＝α，求：(1) －Q在P点的场强的大小和方向；(2) P点的场强的大小和方向；(3) α为何值时，P点的场强最大，其最大值是多少？6、如图所示，倾角为30°的粗糙绝缘斜面固定在水平地面上，整个装置处在垂直斜面向上的匀强电场之中，一质量为m、电量为－q的小滑块恰能沿斜面匀速下滑，已知滑块与斜面之间的动摩擦因数为，求该匀强电场场强E的大小.7、一质量为m，带电量为+q的小球，用长为L的绝缘线悬挂在水平向右的匀强电场中，开始时把悬线拉到水平，小球在位置A点。

的匀强电场，电场线与轨道所在的平面平行，电场强度E=1.0×104N/C．现有
一电荷量q=+1.0×10-4C，质量m=0.10kg的带电体（可视为质点），在水平轨道 上的P点由静止释放，带电体恰好能通过半圆形轨道的最高点C，然后落至水平
轨道上的D点(图中没有标出) ．取g=10m/s2求：
（1）带电体在圆形轨道C点的速度大小． （2）PB间的距离XPB （3）D点到B点的距离XDB．
方向夹角为37° （取sin37°=0.6，cos37°。=0.8）。现将该小球从电场中某
点以初速度v0。竖直向上抛出。求运动过程中： （1）小球受到的电场力的大小及方向；
（2）小球从抛出点至最高点的电势能变化量；
（3）小球的最小速度的大小及方向。
9、如图，在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘 直杆AC，其下端（C端）距地面高度h=0.8m，有一质量为500g的带电小环套在
小滑块，（体积很小可视为质点），从C点由静止释放，滑到水平轨道上的A 点时速度减为零。若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ=0.2，求：
（1）滑块通过B点时的速度大小；
（2）滑块通过B点时圆轨道B点受到的压力大小： （3）水平轨道上A.B两点之间的距离。
19、一个带正电的微粒，从A点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线AB运 动，如图所示．AB与电场线夹角θ＝30°，已知带电粒子的质量m＝1.0×10－7
直杆上，正以某一速度沿杆匀速下滑，小环离开杆后通过C端的正下方P点，求：
（1）小环离开直杆后运动的加速度大小和方向； （2）小环从C运动到P过程中的动能增量；
（3）小环在直杆上匀速运动速度的大小；
10、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

静电场计算题1、如图所示，绝缘水平面上静止着两个质量均为ｍ,电量均为+Q的物体A和B(A、B均可视为质点），它们间的距离为r，与平面间的动摩擦因数均为μ,求:①图示Ａ、B静止时A受的摩擦力为多大?②如果将Ａ的电量增至＋４Q,两物体开始运动,当它们的加速度第一次为零时,A、B各运动了多远?2、质量为m、带电量为＋q的小球从距地面高为ｈ处以一定的初速度水平抛出.在距抛出点水平距离为l处,有一根管口比小球直径略大的上下都开口的竖直细管,管的上口距地面12h．为使小球能无碰撞地从管子中通过，可在管子上方的整个区域里加一个电场强度方向水平向左的匀强电场,如图所示.求：小球的初速度v0、电场强度Ｅ的大小及小球落地时的动能E k．3、如图所示，空间存在着强度E=2.5×１０2Ｎ/Ｃ方向竖直向上的匀强电场,在电场内一长为L＝0．5m的绝缘细线,一端固定在Ｏ点,一端拴着质量ｍ=0.5ｋg、电荷量q=4×１０-2C的小球.现将细线拉直到水平位置,使小球由静止释放，当小球运动最高点时细线受到的拉力恰好达到它能承受的最大值而断裂.取ｇ＝１０m/s2.求:（1）小球的电性;（2)细线能承受的最大拉力;（３)当小球继续运动后与O点水平方向距离为L时,小球距O点的高度． EO4、如图所示.半径为r 的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,环上套有质量为m 的带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场,珠子所受静电力是其重力的3/4倍.将珠子从环上最低点A 静止释放,求珠子所能获得的最大动能E k .。

5、如图所示，水平地面上方分布着水平向右的匀强电场。

一“L”形的绝缘硬质管竖直固定在匀强电场中。

管的水平部分长为ｌ1=0.2m ，离水平面地面的距离为h ＝5.０ｍ,竖直部分长为l 2=0.１m 。

一带正电 的小球从管的上端口A 由静止释放，小球与管间摩擦不计且小球通过管的弯曲部分(长度极短可不计）时没有能量损失,小球在电场中受到的电场力大小为重力的一半。

一、选择题1．下列公式中，既适用于点电荷产生的静电场，也适用于匀强电场的有①场强E=F/q ②场强E=U/d ③场强E=kQ/r 2④电场力做功W=Uq (A)①③(B)②③(C)②④(D)①④2、已知A 为电场中一固定点，在A 点放一电量为q 的电荷，受电场力为F ，A 点的场强为E ，则A ．若在A 点换上－q ，A 点场强方向发生变化B ．若在A 点换上电量为2q 的电荷，A 点的场强将变为 2EC ．若在A 点移去电荷q ，A 点的场强变为零D ．A 点场强的大小、方向与q 的大小、正负、有无均无关3.如图所示，平行直线表示电场线，带没有标明方向，带电量为+1×10-2C 的微粒在电场中只受电场力的作用，由A 点移到B 点，动量损失0.1J ，若点的电势为-10V ，则 A.B 点的电势为10V B.电场线的方向从右向左C.微粒的运动轨迹可能是轨迹1D.微粒的运动轨迹可能是轨迹24 、 两带电小球，电量分别为+q 和q -，固定在一长度为L 的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E 的匀强电场中，杆与场强方向平行，其位置如图10—48所示。

若此杆绕过O 点垂直于杆的轴线转过︒180，则在此转动过程中电场力做的功为（ ） A. 零B. qELC. qEL 2D. qEL π5.两个相同的金属小球带正、负电荷，固定在一定得距离上，现把它们相碰后放置在原处，则它们之间的库伦力与原来的相比将（ ）A.变小B.变大C.不变D.以上情况均有可能6．如图所示，有一平行板电容器充电后带有等量异种电荷，然后与电源断开。

下极板接地，两极板中央处固定有一个很小的负电荷，现保持两极板间距不变而使两极板左右水平错开一段很小的距离，则下列说法中正确的是（ ） A ．电容器两极板间电压值变大 B ．电荷的电势能变大C ．负电荷所在处的电势升高D ．电容器两极板间的电场强度变小 7图10—55中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a 、b 是轨迹上的两点。

静电场计算题1.如图所示，真空中一长为L 的均匀带电细直杆，总电荷为q ，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d 的P 点的电场强度．解：设杆的左端为坐标原点O ，x 轴沿直杆方向．带电直杆的电荷线密度为λ=q / L ，在x 处取一电荷元d q = λd x = q d x / L ，它在P 点的场强：()204d d x d L q E -+π=ε()204d x d L L xq -+π=ε 2分总场强为 ⎰+π=Lx d L x L q E 020)(d 4－ε()d L d q+π=04ε3分 方向沿x 轴，即杆的延长线方向．2.一个细玻璃棒被弯成半径为R 的半圆形，匀分布有电荷+Q ，沿其下半部分均匀分布有电荷－Q ，所示．试求圆心O 处的电场强度．解：把所有电荷都当作正电荷处理. 在θ处取微小电荷 d q = λd l = 2Q d θ / π它在O 处产生场强 θεεd 24d d 20220R QR q E π=π= 2分按θ角变化，将d E 分解成二个分量：θθεθd sin 2sin d d 202RQ E E x π== θθεθd cos 2cos d d 202RQE E y π-=-= 3分对各分量分别积分，积分时考虑到一半是负电荷⎥⎦⎤⎢⎣⎡-π=⎰⎰πππθθθθε2/2/0202d sin d sin 2R QE x ＝0 2分 2022/2/0202d cos d cos 2R QR Q E y εθθθθεππππ-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-π-=⎰⎰ 2分 所以j RQ j E i E E y x202επ-=+= 1分LPd E O3.如图所示，一电荷面密度为σ的“无限大”平面，在距离平面a 处的一点的场强大小的一半是由平面上的一个半径为R 的圆面积范围内的电荷所产生的．试求该圆半径的大小．解：电荷面密度为σ的无限大均匀带电平面在任意点的场强大小为E =σ / (2ε0) 2分以图中O 点为圆心，取半径为r →r ＋d r 的环形面积，其电量为d q = σ2πr d r 2分它在距离平面为a 的一点处产生的场强()2/32202d ra a r d rE +=εσ 2分则半径为R 的圆面积内的电荷在该点的场强为()⎰+=R ra r r a E 02/3220d 2εσ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=22012R a a εσ 2分 由题意,令E =σ / (4ε0)，得到R ＝a 32分4.电荷线密度为λ的“无限长”均匀带电细线，弯成图示形状．若半圆弧AB 的半径为R ，试求圆心O 点的场强．解：以O 点作坐标原点，建立坐标如图所示．半无限长直线A ∞在O 点产生的场强1E ， ()j i R E --π=014ελ 2分 半无限长直线B ∞在O 点产生的场强2E ， ()j i RE +-π=024ελ2分 半圆弧线段在O 点产生的场强3E，i RE032ελπ= 2分由场强叠加原理，O 点合场强为0321=++=E E E E2分5. 将一“无限长”带电细线弯成图示形状，设电荷均匀分布，电荷线密度为λ，四分之一圆弧AB 的半径为R ，试求圆心O 点的场强．∞∞OBA∞∞解：在O 点建立坐标系如图所示． 半无限长直线A ∞在O 点产生的场强：()j i R E -π=014ελ 2分 半无限长直线B ∞在O 点产生的场强：()j i RE +-π=024ελ 2分 四分之一圆弧段在O 点产生的场强： ()j i RE+π=034ελ 4分由场强叠加原理，O 点合场强为： ()j i RE E E E+π=++=03214ελ2分6.图中虚线所示为一立方形的高斯面，已知空间的场强分布为： E x ＝bx ， E y ＝0， E z ＝0． 高斯面边长a ＝0.1 m ，常量b ＝1000 N/(C ·m)．试求该闭合面中包含的净电荷．(真空介电常数ε0＝8.85×10-12C 2·N -1·m -2 )解：设闭合面内包含净电荷为Q ．因场强只有x 分量不为零，故只是二个垂直于x 轴的平面上电场强度通量不为零．由高斯定理得：-E 1S 1+ E 2S 2=Q / ε0 ( S 1 = S 2 =S ) 3分则 Q = ε0S (E 2- E 1) = ε0Sb (x 2- x 1)= ε0ba 2(2a －a ) =ε0ba 3 = 8.85×10-12 C 2分7.真空中一立方体形的高斯面,边长a ＝0.1 m 置．已知空间的场强分布为： E x =bx , E y =0 , E z =0．常量b ＝1000 N/(C ·m)．试求通过该高斯面的电通量．解： 通过x ＝a 处平面1的电场强度通量 Φ1 = -E 1 S 1= -b a 3 1分 通过x = 2a 处平面2的电场强度通量Φ2 = E 2 S 2 = 2b a 3 1分其它平面的电场强度通量都为零．因而通过该高斯面的总电场强度通量为Φ = Φ1+ Φ2 = 2b a 3-b a 3 = b a 3 =1 N ·m 2/C 3分B A ∞x8. 图示一厚度为d 的“无限大”均匀带电平板，电荷体密度为ρ．试求板内外的场强分布，并画出场强随坐标x 变化的图线，即E —x 图线(设原点在带电平板的中央平面上，Ox 轴垂直于平板)． 解：由电荷分布的对称性可知在中心平面两侧离中心平面相同距离处场强均沿x 轴，大小相等而方向相反．在板内作底面为S 的高斯柱面S 1（右图中厚度放大了）, 两底面距离中心平面均为⎢x ⎜, 由高斯定理得01/22ερS x S E ⋅=⋅则得 01/ερx E =即01/ερx E = ⎪⎭⎫ ⎝⎛≤≤-d x d 21214分在板外作底面为S 的高斯柱面S 2两底面距中心平面均为x ，由高斯定理得 02/2ερSd S E ⋅=⋅则得 ()022/ερd E ⋅= ⎪⎭⎫ ⎝⎛>d x 21即 ()022/ερd E ⋅= ⎪⎭⎫ ⎝⎛>d x 21，()022/ερd E ⋅-= ⎪⎭⎫ ⎝⎛-<d x 21 4分E ~ x 图线如图所示． 2分9.一半径为R 的带电球体，其电荷体密度分布为 ρ =Ar (r ≤R ) ， ρ =0 (r ＞R ) A 为一常量．试求球体内外的场强分布．解：在球内取半径为r 、厚为d r 的薄球壳，该壳内所包含的电荷为r r Ar V q d 4d d 2π⋅==ρ在半径为r 的球面内包含的总电荷为403d 4Ar r Ar dV q rVπ=π==⎰⎰ρ (r ≤R)以该球面为高斯面，按高斯定理有 0421/4εAr r E π=π⋅ 得到()0214/εAr E =， (r ≤R )方向沿径向，A >0时向外, A <0时向里． 3分在球体外作一半径为r 的同心高斯球面，按高斯定理有 0422/4εAR r E π=π⋅ 得到 ()20424/r AR E ε=， (r >R )方向沿径向，A >0时向外，A <0时向里． 2分2E 210.电荷面密度分别为+σ和－σ的两块“无限大”均匀带电平行平面，分别与x 轴垂直相交于x 1＝a ，x 2＝－a 两点．设坐标原点O 处电势为零，试求空间的电势分布表示式并画出其曲线．解：由高斯定理可得场强分布为：E =-σ / ε0 (－a ＜x ＜a )1分E = 0 (－∞＜x ＜－a，a ＜x ＜＋∞＝ 1分由此可求电势分布：在－∞＜x ≤－a 区间⎰⎰⎰---+==00/d d 0d aa xxx x x E U εσ0/εσa -= 2分在－a ≤x ≤a 区间000d d εσεσxx x E U xx=-==⎰⎰2分 在a ≤x ＜∞区间000d d 0d εσεσax x x E U aaxx=-+==⎰⎰⎰2分 图2分11.如图所示，两个点电荷＋q 和－3q ，相距为d . 试求：(1) 在它们的连线上电场强度0=E的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？ (2) 若选无穷远处电势为零，两点电荷之间电势U =0的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？解：设点电荷q 所在处为坐标原点O ，x 轴沿两点电荷的连线．(1) 设0=E的点的坐标为x '，则()04342020=-'π-'π=i d x q i x q E εε 3分 可得 02222=-'+'d x d x解出 ()d x 3121+-=' 2分另有一解()d x 13212-=''不符合题意，舍去． (2) 设坐标x 处U ＝0，则 ()x d qx q U -π-π=00434εε ()0440=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--π=x d x x d q ε 3分 得 d - 4x = 0, x = d /4 2分12.图中所示为一沿x 轴放置的长度为l 的不均匀带电细棒，其电荷线密度为λ＝λ0 (x -a )，λ0为一常量．取无穷远处为电势零点，求坐标原点O 处的电势．x-a +aO xU+Ox解：在任意位置x 处取长度元d x ，其上带有电荷d q =λ0 (x －a )d x 1分它在O 点产生的电势 ()xxa x U 004d d ελπ-=2分O 点总电势⎥⎦⎤⎢⎣⎡-π==⎰⎰⎰++l a a la a x x a x dU U d d 400ελ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-π=a l a a l ln 400ελ 2分13. 图示一个均匀带电的球层，其电荷体密度为ρ，球层内表面半径为R 1，外表面半径为R 2．设无穷远处为电势零点，求球层中半径为r 处的电势．解：r 处的电势等于以r 为半径的球面以内的电荷在该处产生的电势U 1和球面以外的电荷产生的电势U 2之和，即 U = U 1 + U 2 ，其中U 1=q i/ (4πε0r )()()rR r 031343/4ερπ-π=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r R r 31203ερ 4分为计算以r 为半径的球面外电荷产生的电势．在球面外取r '─→r '＋d r '的薄层．其电荷为 d q =ρ·4πr '2d r ' 它对该薄层内任一点产生的电势为()002/d 4/d d ερεr r r q U ''='π=则 ⎰⎰''==2d d 022R r r r U U ερ()2222r R -=ερ 4分 于是全部电荷在半径为r 处产生的电势为()222031202123r R r R r U U U -+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=ερερ ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=r R r R 312220236ερ 2分 若根据电势定义直接计算同样给分．14.电荷以相同的面密度σ 分布在半径为r 1＝10 cm 和r 2＝20 cm 的两个同心球面上．设无限远处电势为零，球心处的电势为U 0＝300 V ． (1) 求电荷面密度σ．(2) 若要使球心处的电势也为零，外球面上应放掉多少电荷？［ε0＝8.85×10-12 C 2 /(N ·m 2)］解：(1) 球心处的电势为两个同心带电球面各自在球心处产生的电势的叠加，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+π=22110041r q r q U ε⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛π-ππ=22212104441r r r r σσε()210r r +=εσ3分 2100r r U +=εσ＝8.85×10-9 C / m 2 2分 (2) 设外球面上放电后电荷面密度为σ'，则应有O()2101r r U σσε'+='= 0即σσ21r r -=' 2分 外球面上应变成带负电，共应放掉电荷()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+π='-π='212222144r r r r q σσσ ()20021244r U r r r εσπ=+π=＝6.67×10-9 C 3分15.在强度的大小为E ，方向竖直向上的匀强电场中，有一半径为R 的半球形光滑绝缘槽放在光滑水平面上(如图所示)．槽的质量为M ，一质量为m 带有电荷＋q 的小球从槽的顶点A 处由静止释放．如果忽略空气阻力且质点受到的重力大于其所受电场力，求： (1) 小球由顶点A 滑至半球最低点Ｂ时相对地面的速度； (2) 小球通过B 点时，槽相对地面的速度；(3) 小球通过B 点后，能不能再上升到右端最高点C ？解：设小球滑到B 点时相对地的速度为v ，槽相对地的速度为V ．小球从A →B 过程中球、槽组成的系统水平方向动量守恒，m v ＋MV ＝0 ① 2分对该系统，由动能定理 mgR －EqR ＝21m v 2＋21MV 2 ②3分 ①、②两式联立解出 ()()m M m qE mg MR +-=2v 2分 方向水平向右．()()m M M qE mg mR M m V +--=-=2v 1分 方向水平向左． 1分小球通过B 点后，可以到达C 点． 1分16.两个带等量异号电荷的均匀带电同心球面，半径分别为R 1＝0.03 m 和R 2＝0.10 m ．已知两者的电势差为450 V ，求内球面上所带的电荷．解：设内球上所带电荷为Q ，则两球间的电场强度的大小为204rQE επ=(R 1＜r ＜R 2) 1分 两球的电势差⎰⎰π==212120124d R R R R r drQ r E U ε⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π=210114R R Q ε 2分 ∴ 12122104R R U R R Q -π=ε＝2.14×10-9 C 2分17.一均匀电场，场强大小为E ＝5×104 N/C ，方向竖直朝上，把一电荷为q＝ 2.5×10-8 C 的点电荷，置于此电场中的a 点，如图所示．求此点电荷在下列过程中电场力作的功．d(1) 沿半圆路径Ⅰ移到右方同高度的b 点，ab ＝45 cm ； (2) 沿直线路径Ⅱ向下移到c 点，ac ＝80 cm ；(3) 沿曲线路径Ⅲ朝右斜上方向移到d 点，ad ＝260 cm(与水平方向成45°角)．解：(1) 090cos d o1===⎰⋅ab qE S F A ba2分(2) o2180cos d ac qE S F A c a==⎰⋅ ＝－1×10-3 J 3分(3) o345sin d ad qE S F A d a==⎰⋅ ＝2.3×10-3 J 3分18.一带有电荷q ＝3×10-9 C 的粒子，位于均匀电场中，电场方向如图所示．当该粒子沿水平方向向右方运动5 cm 时，外力作功6×10-5 J ，粒子动能的增量为4.5×10-5 J ．求：(1) 粒子运动过程中电场力作功多少？(2) 该电场的场强多大？ 解：(1) 设外力作功为A F 电场力作功为A e ， 由动能定理：A F + A F = ∆ E K则 A e ＝∆ E K －A F =－1.5×10-5 J 2分(2) qES S F S F A e e e -=-=⋅=()=-=qS A E e /105 N/C 3分19. 如图所示，一半径为R 的均匀带正电圆环，其电荷线密度为λ．在其轴线上有A 、B 两点，它们与环心的距离分别为R OA 3=，R OB 8= . 一质量为m 、电荷为q 的粒子从A 点运动到B 点．求在此过程中电场力所作的功．解：设无穷远处为电势零点，则A 、B 两点电势分别为220432ελελ=+=R R RU A 2分 0220682ελελ=+=R R R U B 1分 q 由A 点运动到B 点电场力作功()0001264ελελελq q U U q A B A =⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-= 2分 注：也可以先求轴线上一点场强，用场强线积分计算．20.图示两个半径均为R 的非导体球壳，表面上均匀带电，电荷分别为＋Q 和－Q ，两球心相距为d (d>>2R )．求两球心间的电势差．解：均匀带电球面内的电势等于球面上的电势．球面外的电势相当于电荷集中在球心上的点电荷的电势．由此，按电势叠加原理球心O 1处的电势为： d QR Q U 00144εεπ-π= 2分 球心O 2处的电势为： RQd Q U 00244εεπ-π= 2分 Eq则O 1、O 2间的电势差为： ()RdR d Q d R Q U 00122112εεπ-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-π=1分21.一电子射入强度的大小为5000 N ·C -1的均匀电场中，电场的方向竖直向上．电子初速度为v 0＝107 m ·s -1，与水平方向成θ＝30°角，如图所示．求电子从射入位置上升的最大高度．(电子的质量m ＝9.1×10-31 kg ，电子电荷绝对值e ＝1.6×10 -19 C) 解：电子在电场中作斜抛运动，忽略重力，在竖直方向上有：a y ＝－eE / m 1分v y ＝v 0sin θ－eEt / m 1分2021sin eEt t y -=θv 1分 电子上升至最高点的条件是v y ＝0，于是有： v 0sin θ－eEt 1 / m ＝0t 1 = m v 0sin θ / (eE ) 1分∴ ()22201042.12/sin -⨯==eE m y θv m 1分22.在真空中一长为l ＝10 cm 的细杆上均匀分布着电荷，其电荷线密度λ＝ 1.0×10-5C/m ．在杆的延长线上，距杆的一端距离d ＝10 cm 的一点上，有一点电荷q 0＝ 2.0×10-5 C ，如图所示．试求该点电荷所受的电场力．(真空介电常量ε0＝8.85×10-12 C 2·N -1·m -2 )解：选杆的左端为坐标原点，x 轴沿杆的方向 ．在x 处取一电荷元λd x ，它在点电荷所在处产生场强为：()204d d x d xE +π=ελ 3分整个杆上电荷在该点的场强为：()()l d d lx d x E l+π=+π=⎰00204d 4ελελ 2分点电荷q 0所受的电场力为：()l d d lq F +π=004ελ＝0.90 N 沿x 轴负向 3分23.如图所示，有一高为h 的直角形光滑斜面, 斜面倾角为α．在直角顶点A 处有一电荷为－q 的点电荷．另有一质量为m 、电荷＋q 的小球在斜面的顶点B 由静止下滑．设小球可看作质点，试求小球到达斜面底部C 点时的速率． 解：因重力和电场力都是保守力，小球从顶点B 到达底部C 点过程中能量守恒．αεεctg 421402202h q m mgh h q π-=+π-v 3分 ∴ ()2/10221tg 2⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-π=gh m h q αεv 2分O yθE 0vq24.一半径为R 的均匀带电细圆环，其电荷线密度为λ，水平放置．今有一质量为m 、电荷为q 的粒子沿圆环轴线自上而下向圆环的中心运动(如图)．已知该粒子在通过距环心高为h 的一点时的速率为v 1，试求该粒子到达环心时的速率．解：带电粒子处在h 高度时的静电势能为()2/122012R h qRW +=ελ 2分到达环心时的静电势能为 ()022/ελq W = 2分 据能量守恒定律1212222121W mgh m W m ++=+v v 2分 以上三式联立求解得到2/1220212112⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--+=R h R m qR gh ελv v 2分25.如图所示，两个电荷分别为q 1＝20×10-9 C 和q 2＝－12×10-9 C 的点电荷，相距5 m ．在它们的连线上距q 2为1 m 处的A 点从静止释放一电子，则该电子沿连线运动到距q 1为1 m处的B 点时，其速度多大？(电子质量m e ＝9.11×10-31 kg ，基本电荷e ＝1.6×10-19 C ，41επ＝9×109 N ·m 2/C 2 ) 解：设无限远处为电势零点，则A 、B 两点的电势为： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+π=π+π=221102021014144r q r q r q r q U A εεε代入r 1=4 m ，r 2=1 m 得 U A ＝－63 V 2分⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'+'π='π+'π=221102021014144r q r q r q r q U B εεε代入1r '＝1 m ，2r '＝4 m 得 U B ＝153 V 2分电子在运动过程中，电势能减少，动能增加()B A e U U e m --=221v 2分 ()eB A m U U e --=2v ＝8.71×106 m/s 2分26.两个同心的导体球壳，半径分别为R 1＝0.145 m 和R 2＝0.207 m ，内球壳上带有负电荷q＝-6.0×10-8 C ．一电子以初速度为零自内球壳逸出．设两球壳之间的区域是真空，试计算电子撞到外球壳上时的速率．(电子电荷ｅ＝-1.6×10-19 C ，电子质量m e ＝9.1×10-31 kg ，ε0＝8.85×10-12 C 2 / N ·m 2）解：由高斯定理求得两球壳间的场强为()2120R4R r r q E <<π=ε 2分 方向沿半径指向内球壳．电子在电场中受电场力的大小为q 2420r eqeE F επ== 2分方向沿半径指向外球壳．电子自内球壳到外球壳电场力作功为⎰⎰π==212120d 4d R R R R r r eqr F A ε()21012214114R R R R eq R R eqεεπ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π= 2分由动能定理()210122421R R R R eq m e επ-=v 2分得到 ()em R R R R eq 210122επ-=v ＝1.98×107 m/s 2分27. 电荷Q (Q ＞0)均匀分布在长为L 的细棒上，在细棒的延长线上距细棒中心O 距离为a 的P 点处放一电荷为q (q ＞0 )的点电荷，求带电细棒对该点电荷的静电力． 解：沿棒方向取坐标Ox ，原点O 在棒中心处．求P 点场强：()()20204d 4d d x a xx a q E -π=-π=ελε 2分 ()⎰--π=2/2/204d L L x a xE ελ()2202/2/0414L a Qx a L L -π=-⋅π=-εελ 3分 方向沿x 轴正向. 点电荷受力：==qE F ()2204πL a qQ-ε 方向沿x 轴正方向． 3分。