高二物理同步库伦定律练习

库伦定律练习1.(2011年安庆高二检测)下列关于点电荷的说法，正确的是(　　)

A.点电荷一定是电量很小的电荷

B.点电荷是一种理想化模型，实际不存在

C.只有体积很小的带电体，才能作为点电荷

D.体积很大的带电体一定不能看成点电荷

解析：选B.当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以至带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们的作用力影响可以忽略时，这样的带电体就可以看成点电荷，所以A、C、D错，B正确.

2.关于库仑定律的公式F=kQ1Q2r2，下列说法中正确的是(　　)

A.当真空中的两个点电荷间的距离r→∞时，它们之间的静电力F→0

B.当真空中的两个点电荷间的距离r→0时，它们之间的静电力F→∞

C.当两个点电荷之间的距离r→∞时，库仑定律的公式就不适用了

D.当两个点电荷之间的距离r→0时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用

答案：AD

3.(2011年佛山高二检测)真空中两个点电荷Q1、Q2，距离为R，当Q1增大到原来的3倍，Q2增大到原来的3倍，距离R增大到原来的3倍时，电荷间的库仑力变为原来的(　　)

A.1倍   B.3倍

C.6倍   D.9倍

解析：选A.原来的库仑力为F=kQ1Q2R2，后来的库仑力为F′=k3Q1•3Q23R2=kQ1Q2R2=F.所以A对.

4.如图1-2-9所示，两个质量均为 m 的完全相同的金属球壳 a和b，其壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心间的距离 l 为球半径的3倍.若使它们带上等量异种电荷，使其电荷量的绝对值均为Q，那么关于a、b两球之间的万有引力F引和库仑力F库的表达式正确的是(　　)

图1-2-9

A.F引=Gm2l2，F库=kQ2l2

B.F引≠Gm2l2，F库≠kQ2l2

C.F引≠G m2l2，F库=kQ2l2

D.F引=Gm2l2，F库≠kQ2l2

解析：选D.由于a、b 两球所带异种电荷相互吸引，使它们各自的电荷分布不均匀，即相互靠近的一侧电荷分布较密集，又l=3r，不满足l≫r的要求，故不能将带电球壳看成点电荷，所以不能应用库仑定律，故F库≠kQ2l2.虽然不满足l≫r，但由于其壳层的厚度和质量分布均匀，两球壳可看成质量集中于球心的质点，可以应用万有引力定律，故F引=Gm2l2.

5.如图1-2-10所示，一条长为3L的绝缘丝线穿过两个质量都是m的小金属环A和B，将丝线的两端共同系于天花板上的O点，使金属环带电后，便因排斥而使丝线构成一个等边三角形，此时两环恰处于同一水平线上，若不计环与线间的摩擦，求金属环所带电量是多少?

图1-2-10

解析：小球A受力如图，受四个力，重力mg、库仑力F、丝线两个拉力FT相等.

则FTsin60°=mg

FTcos60°+FT=kq2L2

解得q=  3mgL2k.

答案：均为    3mgL2k

一、选择题

1.(2011年广东实验中学模拟)如图1-2-11所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定(　　)

图1-2-11

A.两球都带正电

B.两球都带负电

C.大球受到的静电力大于小球受到的静电力

D.两球受到的静电力大小相等新课标第一网

解析：选D.由题图可知，两带电球相互排斥，则说明两球一定带有同种电荷，但不能确定是正电荷，还是负电荷，故A、B错;两带电球间的静电力具有一般力的共性，符合牛顿第三定律，故选项C错，D对.

2.两个带正电的小球，放在光滑的水平绝缘板上，它们相距一定距离.若同时释放两球，它们的加速度之比将(　　)

A.保持不变   B.先增大后减小

C.增大   D.减小

解析：选A.两者之间的库仑力时刻保持大小相等、方向相反，由牛顿第二定律知：a1∶a2=m2∶m1，故A正确.

3.(2011年北京四中高二检测)两个质量分别为m1、m2的小球，各用长为L的丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度θ1、θ2，如图1-2-12所示，则下列说法正确的是(　　)

图1-2-12

A.若m1>m2，则θ1>θ2

B.若m1=m2，则θ1=θ2

C.若m1

D.若q1=q2，则θ1=θ2

解析：选BC.这是一道带电体平衡问题，分析方法仍然与力学中物体的平衡方法一样.

4.要使真空中的两个点电荷间的库仑力增大到原来的4倍，下列方法可行的是(　　)

A.每个点电荷的电荷量都增大到原来的2倍，电荷间的距离不变

B.保持点电荷的电荷量不变，使两个点电荷的距离增大到原来的2倍

C.使一个点电荷的电荷量增加1倍，另一个点电荷的电荷量保持不变，同时使两点电荷间的距离减小为原来的12

D.保持点电荷的电荷量不变，将两点电荷间的距离减小为原来的12

答案：AD

5.半径相同的两个金属小球A和B带有电量相等的电荷，相隔一定距离，两球之间的相互吸引力的大小是F，今让第三个半径相同的不带电的金属小球C先后与A、B两球接触后移开.这时，A、B两球之间的相互作用力的大小是(　　)

A.18F   B.14F

C.38F   D.34F

解析：选A.由库仑定律，接触前F=kq2r2，接触后F′=k12q×14qr2=18kq2r2=18F，故A正确.

6.两个完全相同的小金属球，它们的带电荷量之比为5∶1(皆可视为点电荷)，它们在相距一定距离时相互作用力为F1，如果让它们接触后再放回各自原来的位置上，此时相互作用力变为F2，则F1∶F2可能为(　　)

A.5∶2   B.5∶4

C.5∶6   D.5∶9

解析：选BD.由库仑定律，它们接触前的库仑力为F1=k5q2r2

若带同种电荷，接触后的带电荷量相等，为3q，此时库仑力为F2=k9q2r2

若带异种电荷，接触后的带电荷量相等，为2q，此时库仑力为F′2=k4q2r2

由以上计算可知选项BD正确.新 课  标  第  一 网

7.(2011年铜陵一中高二检测)如图1-2-13所示，在光滑且绝缘的水平面上有两个金属小球A和B，它们用一绝缘轻弹簧相连，带同种电荷.弹簧伸长x0时小球平衡，如果A、B带电荷量加倍，当它们重新平衡时，弹簧伸长为x，则x和x0的关系为(　　)

图1-2-13

A.x=2x0   B.x=4x0

C.x<4x0   D.x>4x0

解析：选C.设弹簧原长为l，劲度系数为K，根据库仑定律和平衡条件列式得

kq1q2l+x02=Kx0，k4q1q2l+x2=Kx

两式相除：l+x24l+x02=x0x，得：x=l+x02l+x2•4x0，

因l+x>l+x0，由此推断选项C正确.

8.如图1-2-14所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上.a和c带正电，b带负电，a所带电荷量的大小比b的小.已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示，它应是(　　)

图1-2-14

A.F1   B.F2

C.F3   D.F4

解析：选B.据“同电相斥、异电相引”规律，确定电荷c受到a和b的库仑力方向，考虑a的带电荷量小于b的带电荷量，因此Fb大于Fa，Fb与Fa的合力只能为F2，故选项B正确.

二、计算题

9.一带电荷量为+Q、半径为R的球，电荷在其内部能均匀分布且保持不变，现在其内部挖去一半径为R/2的小球后，如图1-2-15所示，求剩余部分对放在两球心连线上一点P处电荷量为+q的电荷的静电力.已知P距大球球心距离为4R.

图1-2-15

解析：未挖去之前，+Q对q的斥力为：F=kQq4R2

挖去的小球带电荷量为：Q′=Q4πR33×4πR233=Q8

挖去的小球原来对q的斥力为：

F1=kQ8q4R-R22=kQq98R2

剩余部分对q的斥力为：

F2=F-F1=41kQq784R2，方向向右.

答案：41kQq784R2　方向向右

10. (2011年广州高二检测)光滑绝缘导轨，与水平面成45°角，两个质量均为m，带等量同种电荷的小球A、B，带电量均为q，静止于导轨的同一水平高度处，如图1-2-16所示.求：两球之间的距离.

图1-2-16

解析：设两球之间的距离为x，相互作用的库仑力为F，则：F=kq2x2

由平衡条件得：Fcos45°=mgsin45°

由以上两式解得：x=q kmg.

答案：q   kmg

11.质量均为m的三个带电小球A、B、C放置在光滑绝缘的水平面上，相邻球间的距离均为L，A球带电量qA=+10q;B球带电量qB=+q.若在C球上加一个水平向右的恒力F，如图1-2-17所示，要使三球能始终保持L的间距向右运动，问外力F为多大?C球带电性质是什么?

图1-2-17

解析：由于A、B两球都带正电，它们互相排斥，C球必须对A、B都吸引，才能保证系统向右加速运动，故C球带负电荷.

以三球为整体，设系统加速度为a，则F=3ma①

隔离A、B，由牛顿第二定律可知：

对A：kqAqC4L2-kqAqBL2=ma②

对B：kqAqBL2+kqBqCL2=ma③

联立①、②、③得F=70kq2L2.

答案：70kq2L2　负电荷

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