高中 | 库仑定律的计算与应用 题目答案及解析

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选修3-1

第一章 静电场

1.2 库仑定律

库仑定律的计算与应用

如图,两个倾角相等、底端相连的光滑绝缘轨道被固定在竖直平面内,空间存在平行于该竖直平面水平向右的匀强电场。带正电的甲、乙小球(均可视为质点)在轨道上同一高度保持静止,间距为$L$,甲、乙所带电荷量分别为$q$$2q$,质量分别为$m$$2m$,静电力常量为$k$,重力加速度大小为$g$。甲、乙所受静电力的合力大小分别为$F_{1}$$F_{2}$,匀强电场的电场强度大小为$E$,不计空气阻力,则$(\qquad)$

["

$F_{1}=\\dfrac{1}{2}F_{2}$

","

$E=\\dfrac{kq}{2L^{2}}$

","

若将甲、乙互换位置,二者仍能保持静止

","

若撤去甲,乙下滑至底端时的速度大小$v=\\sqrt{\\dfrac{kq^{2}}{mL}}$

"]
[["ABD"]]

$\rm AB$.如图,对两球进行受力分析,设两球间的库仑力大小为$F$,倾角为$\theta$,对甲球根据平衡条件有$F_{N1}\cos \theta=mg$$F=F_{N1}\sin \theta+Eq$

对乙球有$F_{N2}\cos \theta=2mg$$F_{N2}\sin \theta=F+2Eq$

联立解得$F=4Eq$

$\dfrac{F_{1}}{F_{2}}=\dfrac{4Eq-Eq}{4Eq+2Eq}=\dfrac{1}{2}$

同时有$F=\dfrac{kq \cdot 2q}{L^{2}}$

解得$E=\dfrac{kq}{2L^{2}}$,故$\rm AB$正确;

$\rm C$.若将甲、乙互换位置,若二者仍能保持静止,同理可得对甲有$F_{N1}'\cos \theta=mg$$F_{N1}'\sin \theta=F+Eq$

对乙有$F_{N2}'\cos \theta=2mg$$F_{N2}'\sin \theta+2Eq=F$

联立可得$F+4Eq=0$,无解

假设不成立,故$\rm C$错误;

$\rm D$.若撤去甲,对乙球根据动能定理$2mg \cdot \dfrac{L}{2}\tan\theta-2Eq \cdot \dfrac{L}{2}=\dfrac{1}{2} \cdot 2mv^{2}$

根据前面分析由①②可知$\tan\theta=\dfrac{3Eq}{mg}$

联立解得$v=\sqrt{\dfrac{kq^{2}}{mL}}$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm ABD$

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