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高中 | 库仑定律的计算与应用题目答案及解析如下,仅供参考!
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$v=\\sqrt{\\dfrac{kq^{2}}{mL}}$
"]$\rm AB$.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$F_{N1}\cos \theta=mg$,$F=F_{N1}\sin \theta+Eq$①
对乙球有$F_{N2}\cos \theta=2mg$,$F_{N2}\sin \theta=F+2Eq$
联立解得$F=4Eq$②
故$\dfrac{F_{1}}{F_{2}}=\dfrac{4Eq-Eq}{4Eq+2Eq}=\dfrac{1}{2}$
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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