物理竞赛电磁学

物理竞赛练习题《电场》班级____________座号_____________姓名_______________1、半径为R的均匀带电半球面，电荷面密度为σ，求球心处的电场强度。

2、有一均匀带电球体，半径为R，球心为P，单位体积内带电量为ρ，现在球体内挖一球形空腔，空腔的球心为S，半径为R/2，如图所示，今有一带电量为q，质量为m的质点自L点（LS⊥PS）由静止开始沿空腔内壁滑动，不计摩擦和质点的重力，求质点滑动中速度的最大值。

3、在-d ≤x ≤d 的空间区域内，电荷密度ρ>0为常量，其他区域均为真空。

若在x =2d 处将质量为m 、电量为q （q <0）的带电质点自静止释放。

试问经多长时间它能到达x =0的位置。

4、一个质量为M 的绝缘小车，静止在光滑水平面上，在小车的光滑板面上放一个质量为m 、带电量为+q 的带电小物体（可视为质点），小车质量与物块质量之比M ：m =7：1,物块距小车右端挡板距离为l ，小车车长为L ，且L =1.5l 。

如图所示，现沿平行于车身方向加一电场强度为E 的水平向右的匀强电场，带电小物块由静止开始向右运动，之后与小车右挡板相碰，碰后小车速度大小为碰前物块速度大小的1/4。

设小物块滑动过程中及其与小车相碰过程中，小物块带电量不变。

（1）通过分析与计算说明，碰撞后滑块能否滑出小车的车身？（2）若能滑出，求由小物块开始运动至滑出时电场力对小物块所做的功;若不能滑出，求小物块从开始运动至第二次碰撞时电场力对小物块所做的功。

E物理竞赛练习题 《电势和电势差》班级____________座号_____________姓名_______________1、两个电量均为q =3.0×10-8C 的小球，分别固定在两根不导电杆的一端，用不导电的线系住这两端。

将两杆的另一端固定在公共转轴O 上，使两杆可以绕O 轴在图面上做无摩擦地转动，线和两杆长度均为l =5.0cm 。

前言：特别感谢质心教育的题库与解析，以及“程稼夫力学、电磁学习题答案详解”的作者前辈和血色の寂宁前辈的资料.1-1设两个小球所带净电荷为q，距离为l，由库仑定律：这一小段电荷受力平衡，列竖直方向平衡方程，设张力增量为T：1-3（1）设地月距离R，电场力和万有引力抵消：解得：（2）地球分到，月球分到，电场力和万有引力抵消：解得：1-4有：1-5联立解得由库仑定律矢量式得：解得1-6（21-7移当q＞0时，；当q＜0时，（2）由上知1-8设q位移x，势能：对势能求导得到受力：（2）1-101-11先证明，如图所示，带相同线电荷密度λ的圆弧2和直线1在OO处产生的电场强度相等. 1-12（1）积分得（2）（3）用圆心在场点处，半径，电荷线密度与直线段相等的，张角为θ0 1-13我们先分析一个电荷密度为ρ，厚度为x的无穷大带电面（图中只画出有限大），取如图所强度相同，大小相反.回到原题，由叠加原理以及，算得在不存在电荷的区域电场强度为0（正负电荷层相互抵消.）在存在电荷的区域，若在p区，此时x处的电场由三个电荷层叠加而成，分别是左边的n 区，0到x范围内的p区，以及右边的p区，有：，算得度为所以该面元受到其他电荷施加的静电力：球面上单位面积受力大小：半球面受到的静电力可用与其电荷面密度相等的，该半球面的截口圆面的面积乘该半球面的单位面积受力求得：1-16设轴线上一点到环心距离为x，有：1-19由对称性，可以认为四个面分别在中心处产生的电势，故取走后，；设BCD，ACD，ABD在P2处产生的电势为U，而ABD在P2处产生的电势为，有：；取走后：，解得1-20构造如下六个带电正方体（1到6号），它们的各面电荷分布彼此不相同，但都能通过故电势差为：1-22从对称性方面考虑，先将半球面补全为整个球面.再由电势叠加原理，即一个半球面产生的电势为它的一半，从而计算出半球面在底面上的电势分布.1-1-势.故：1-25在水平方向上，设质点质量m，电量为q：运动学：整体带入得：1-26（1）先将半球面补全为整个球面，容易计算出此时半球底面的电势.再注意到这个电势由对称的两个半球面产生的电势叠加得到，即一个半球面产生的电势为它的一半，即可求出一个半球面对底面产生的电势恒为定值，故底面为等势面，由E点缓慢移至A点外力做功为W1=0.解得由电势叠加原理及静电屏蔽：1-29设质点初速度为v0，质量为m，加速度为a，有：，其中.设时竖直向下速度为v1，动能为Ek1，初动能为Ek0，有：再将球4接地，设球1的电量变为q，则可得因此流入大地的电量为.1-31（1）考虑上下极板间距为x的情况上极板所带电荷由于只有下极板提供的电场对上极板有引力，此电场强度为则等效劲度系数为系统作微小振动频率若，则上下板会吸在一起.1-32粒子由A运动至B，竖直分运动需要时间：水平方向作匀速圆周运动经过的路程：C1-1-34考虑临界状态下小液珠运动全过程：，式中U为两板间电压；临界状态下A板带电量：，解得：最后一滴液珠被A板吸收后，使得A板实际的电量Q′应略大于Q.故吸收的小液珠个数：,[]表示高斯取整函数，即INT1-35（1）导体球电势为：得：感应电荷总电量..1-36能量守恒：（取无穷远处为势能零点）有心力作用，角动量守恒：又，得：代入E= 2keV及d=r/2得：换为电子，运动情况与质子一致，但球带负电.故1-37（1）动力学方程：，其中，解得（2）分析径向运动：1-38（1）电子在区间，做初速为零的匀加速直线运动：得，经到x=d处，沿x轴方向的分速度在区间，即电子做角频率为的简谐运动，振幅（2.1-39.便得，于是必然有1-40通过强相互作用势能，可求得距离为r时正反顶夸克间的强相互作用力为，负号表示此力为吸引力.正反顶夸克之问的距离为r0时作用力大小为正反顶夸克满足动力学方程1-42（1）由对称性，场强向左或向右情况是一样的，不妨设场强方向向右，大小为E. q的受力情况如图（2）将两个小球视为一个整体，受力情况如图垂直于绳方向的平衡方程为解得（3）接第（2）问，悬线AO的张力为1-43（1）设B球碰前所带电量为q，有将A、B接触一下后A、B都带电，此时有由以上各式解得或（2）已知B球碰前所带电量小于A球所带电量，可知B球碰前所带电量为C球与A球相碰后，两球分别带电4Q；C球与B球相碰后，两球分别带电−Q；CAFAB1-441-45两图导体柱的电势都不为正，故正电荷发出的全部电场线被小球吸收，小球收到来自无穷远的电场线，于是：用a 图减去b 图，左边是一个不带电导体，右边一个大导体右边带负电，如果左边带正电，明显在没有外界净电荷干扰的情况下正负电荷会抵消于是左边应带负电即1-46跟静电计相连，则A与静电计外壳等势，腔内没有电场线，不能带电，故闭合.电荷转移到外壳、k及A上.撤去K，用手摸A即接地，则小球电势变为0.外壳带正电，在A产生的电势为正，为使电势变为0，必须使其带负电，故重新张开.1-47设小球带电量为q.引入一个像电荷，其位置与小球关于导电平面对称，带电量与小球相反.设小球重力为G，弹簧初始伸长量为x0.小球受的电场力为初始状态平衡方程：1-48q方1-49引入两个像电荷如图：（1）q的受力情况如图：（2）两个点电荷、两个像电荷分别在两个点电荷中点产生的场强如图：其中，可见合场强水平向右，1-50（1）每一个+q在球壳上感应出的电荷可等效为一个像点电荷，与球心距离.两个像电荷在两个+q的连线上，分居球心左右.其中一个+q的受力由两个q′和另一个+q提供（以指向球心为正）：（则1-布的q1、q2；q在球体外壁的感应电荷等效为在球体外壁均匀分布的−q′和在球心与q连线上的像点电荷q′.由于静电屏蔽，q1、q2所受静电力等于左腔内壁感应电荷对q1、q2的作用力.而左腔内壁的感应电荷为均匀分布，故q1、q2所受静电力像电荷，故q所受静电力（以向右为正）为：根据牛顿第三定律，球A所受静电力为大小仍为.1-54将上一问中的q换成Q，并令F=0，化简得：（2）空腔导体造成静电屏蔽，球壳内点电荷和内表面感应电荷对内表面外部无电势贡献，故球壳电势即为外表面感应电荷带来的电势.又由于外表面感应电荷为均匀分布，在外表面内不产生电场，故外表面感应电荷对球壳上电势贡献等于其在球心处产生的电势，.1-56设A1、A2、A3的质量分别为m1、m2、m3，带电量的绝对值分别为q1、q2、q3，A1、A2运动的角速度均为ω对A1有，对A2有两式相比，即得.1-57假设可以做稳定小振动，写出环偏离平衡位置x处的势能：又，得电容：.1-59法一：两个球均可视为与无限远构成电容器，由孤立导体球电容公式，其电容分别为：，.用导线连接前，可视为CA与CB串联，等效电路图如下：电容为用导线连接后，可视为CA与CB并联，等效电路图如下：两金属球等势：，解得则系统电容.1-60（1）设内球带电量为，外球电量在内球球心产生的电势为内球电量在内球球心产生的电势为内球的总电势，解得.外球电量在球心产生的电势为C13故1、2间的电容（b）本问中，3板和4板由导线相连，电势相等，故可看作由1、3构成的电容C13与4、2构成的电容C42串联后整体与1、2构成的电容C12并联，等效电路图如下：故.即又设设由于金属板内无电场，则3板上板与2板下板所带电荷等量同号（故在板内产生电场抵消）：则1、2板间电容（b）设给1板充，给2板充，设1板上板带电，则1板下板带电，2板上板带电，2板下板带电，3板下板带电，4板上板带电.设3板上板带电，4板下板带电，由3、4板电荷守恒及金属板内无电场得，联立解得1-64（1）由于任一单元输入端之后的总电容为C，在第1个单元输入端a、b间加电压后，将第1个单元输出端后的电容等效为一个大小为3C的电容，由3个大小为3C的电容串联得第2个单元输入端间电压：同理得第k个单元输入端间电压所求总电能（2）第1单元与后面网络断开前，第1单元中电容为3C的电容器的带电量为Q，有则第第1个单元a、b短路后，设电容器各极板上的电荷分布如图所示.三个电容器贮存的电能1-65（1）首先，1 左与100 右无电荷，因为如果有电荷，则电荷电场线必延伸至无穷远，则金属板电势不为0，与接地不符.设1号板带电，由高斯定理，所有板总电量为零：，则100号板带电.取一个左侧包含1板右板，右侧包含n板左板的高斯面（），由于金属板内无电场，此高斯面电通量为0：，解得.1-66过程中电容电荷量不变，故弹力的水平增量：受力平衡得：.1-67因为，故可用平行板电容器公式近似计算电容C（注意内径是直径！），设玻璃1-并联：1-69设初始时细线与竖直方向夹角为，由受力平衡得：放入煤油后，浮力矩与静电力矩增量抵消：又与空气接触处无极化电荷，得.（4）与正极板接触的极化面电荷密度得1-71设极板面积为S，升高高度h，极化面电荷密度其中解得.注意：此题素来受争议，焦点在于此题虚功原理是否适用（如果尝试以虚功原理计算，其结1-73（1）初态电容，电场能，带入得抽出后Q不变，电容变为，电场能...暴力化简，其中.故（3）.1-1-（得.1-（2）系统静电能小球壳上电荷有电势，大球壳上有电势故系统能量. 1-82记，上的电荷为，有电势.板带；4上板带，下板无电荷.此时三个电容串联，一个不带电，另外两个极板带电量相同，可等效为一板间距为的电容.1-84同1-501-85（1）取平面（即面）分析.两个点电荷在接地平板感应出两个像电荷：处处.作用在点电荷上的力高斯定理得1-86末态：能量守恒：.1-87（1）设导体球原带电.如图，球外电势.（2）像电荷同（1）如图，球外电势.1-88外场作用下，介质球周围极化电荷面密度余弦分布.计算处：，解得（3）.1-90（4）球形电容器电容三个电容串联：得（1）. Q为第一问所求值.1-91平行板电容：电路总电容：极板上总电荷：.解得.1-92（21-93解得.（2）电压：电容定义：.（3）设留在电容内介质的长为x，外力为电容并联：前言：特别感谢质心教育的题库与解析，以及“程稼夫力学、电磁学习题答案详解”的作者前辈和血色の寂宁前辈的资料.2-2变阻器在A位置时，焦耳热：，其中.变阻器在中间时，焦耳热：.代入题中数据，可得.2-32-4（1）即，在图中作出该直线，交伏安特性曲线于.两端电压.（2）电源功率之比就等于干路电流之比，即总电阻之反比，设总电阻分别为，则.2-7未烧断前总电阻，烧断后，故干路电流之比为22AB2-10注意电阻温度系数的基准是0℃，得.负载时，负载时，联立解得：.2-11题设是默认加热间断时间相等的，设为.即110V为A、B串联时的工作电压的等差中项作伏安特性曲线关于直线的对称图像，分别交另一曲线于和.得.2-15（1）电容器极板带电量，极板间电流保持为电势差为0时，极板不带电，所以.（2）最大动能的电子到达上极板时动能全部转化为电势能所以，得.K断开时，R与R1串联，该支路总电压该支路与R2并联，为R2两端电压，又R2，R3串联，R3两端电压为可以列出：两式联立，代入数据可解得：.。

中学奥林匹克竞赛物理教程电磁学篇摘要：一、前言二、中学奥林匹克竞赛物理教程电磁学篇概述1.电磁学基本概念2.电磁学定律与原理3.电磁学应用及实验三、电磁学篇学习方法与建议1.学习目标与要求2.学习方法与策略3.知识梳理与巩固四、电磁学篇在中学奥林匹克竞赛中的应用1.竞赛试题分析2.解题技巧与策略3.竞赛实战演练五、总结与展望正文：一、前言中学奥林匹克竞赛物理教程电磁学篇，旨在帮助学生深入理解电磁学的基本概念、定律和原理，提高学生在奥林匹克竞赛中解决电磁学问题的能力。

本文将简要介绍电磁学篇的主要内容和学习方法，并结合竞赛实际应用进行分析。

二、中学奥林匹克竞赛物理教程电磁学篇概述电磁学篇主要包括以下内容：1.电磁学基本概念：库仑定律、电场、电荷分布、电势、电势差等；2.电磁学定律与原理：高斯定律、电场强度、电势强度、电通量、法拉第电磁感应定律等；3.电磁学应用及实验：静电场、静磁场、电磁感应、交流电路等。

三、电磁学篇学习方法与建议1.学习目标与要求：掌握电磁学的基本概念、定律和原理，能够运用所学知识解决实际问题；2.学习方法与策略：通过观察实例、分析模型、总结规律等方式，培养学生的抽象思维和空间想象力；3.知识梳理与巩固：多做习题，参加模拟竞赛，提高解题速度和准确度。

四、电磁学篇在中学奥林匹克竞赛中的应用1.竞赛试题分析：从历年竞赛试题中可以看出，电磁学篇的知识点占据了很大的比重，因此学生需要重点掌握；2.解题技巧与策略：熟练运用所学知识，结合实际情况进行分析，掌握解题技巧和方法；3.竞赛实战演练：通过模拟竞赛，提高学生在实际竞赛中的应对能力。

五、总结与展望中学奥林匹克竞赛物理教程电磁学篇，是学生参加竞赛的必备教材。

在学习过程中，学生需要掌握电磁学的基本概念、定律和原理，并能够运用所学知识解决实际问题。

竞赛辅导试题〔信息、电磁〕一、选择题1．在2022年北京奥运会的所有运动场馆都安装了光纤网络。

场馆中光纤的主要用途是〔〕A．输电B．通信C．导热D．照明2. 以下有关激光应用的说法中，错误的选项是：( )A. 利用激光进展室内照明；B. 利用激光进展通信；C. 利用激光加工坚硬的材料；D. 利用激光进展长间隔测距。

3．电视机的开启和关闭可以通过遥控器实现。

遥控器用来控制电视机的是( ) A．红光B．红外线C．紫光D．紫外线4. 小强在北京将一根质量分布均匀的条形磁铁用一条线悬挂起来，使它平衡并呈程度状态，悬线系住磁体的位置应在：〔〕A. 磁体的重心处B. 磁体的某一磁极处C. 磁体重心的北侧D. 磁体重心的南侧5. 小红家的家庭电路进户开关上安装着漏电保护器，上面写着下表中的一些数据，在以下几种说法中，正确的选项是：〔〕A. 漏电电流大于30mA，保护器会在0.1秒之内切断电源B. 漏电持续时间超过0.1秒时保护器才能动作C. 当漏电电流到达15mA时就能起到可靠的保护作用D. 只有当进户电压大于220V或用电电流大于20A时，才能起保护作用二、填空题6．如下列图，拉动导体AB在光滑的导轨上向右运动时，会有哪些现象？7．如图是磁带录音机和放音原理的示意图，录音时声音先通过转变成强弱变化的电流，这样的电流通过录音磁头，产生的强弱变化的。

磁带划过磁头时，磁带上的小磁性颗粒被强弱不同的磁场，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。

放音时，磁带贴着放音磁头运动，磁性强弱变化的磁带使放音磁头中产生，电流经放大后使发声，便读出了录音带中记录的信息。

8．小文同学学习了有关物理知识后，设想制作了一个电动充气泵，她画了如下列图的构造示意图，图中E为电流大小和方向都不断变化的交流电。

（1）你认为小文设想用到了哪些物理知识？〔至少写3个〕○1○2○3〔2〕假设电流从电源的a端流入时，小磁铁向下运动，那么此时电磁铁的上端为极，小磁铁的下端为极。