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

如图所示,在倾角为$\alpha$的光滑绝缘斜面上固定一个挡板,在挡板上连接一根劲度系数为$k_{0}$的绝缘轻质弹簧,弹簧另一端与$A$球连接。$A$$B$$C$三小球的质量均为$M$$q_{\rm A}=q_{0}\gt 0$$q_{B}=-q_{0}$,当系统处于静止状态时,三小球等间距排列。已知静电力常量为$k$,则$(\qquad)$

  

["

$q_{\\text{C}}=\\dfrac{4}{7}q_{0}$

","

弹簧伸长量为$\\dfrac{Mg\\sin\\alpha}{k_{0}}$

","

$A$球受到的库仑力大小为$2Mg$

","

相邻两小球间距为$q_{0}\\sqrt{\\dfrac{3k}{8Mg}}$

"]
[["A"]]

$\rm A$.对$C$球进行受力分析可得,它受到$2$个方向相反的库仑力、重力、支持力,由于$A$$B$$B$$C$间距相等,由库仑定律可得,$B$$C$的库仑力是$A$$C$库仑力的$4$倍,因此$C$球应为正电荷才能受力平衡。设$A$$B$间距为$l$,对$B$进行受力分析,由平衡条件可得$Mg\sin\alpha+k\dfrac{q_{0}q_{\text{C}}}{l^{2}}=k\dfrac{q_{0}q_{\text{0}}}{l^{2}}$

$C$进行受力分析,由平衡条件可得$Mg\sin\alpha+k\dfrac{q_{0}q_{\text{C}}}{(2l)^{2}}=k\dfrac{q_{0}q_{\text{C}}}{l^{2}}$

联立解得$q_{\text{C}}=\dfrac{4}{7}q_{0}$

$\rm A$正确;

$\rm B$.把$A$$B$$C$三小球看作整体,设弹簧伸长量为$x$,由平衡条件可知$k_{0}x=3Mg\sin\alpha$

解得$x=3\dfrac{Mg\sin\alpha}{k_{0}}$

$\rm B$错误;

$\rm C$.对$A$进行受力分析,设$A$球受到的库仑力大小为$F$,由平衡条件可知$k_{0}x=Mg\sin\alpha+F$

解得$F=2Mg\sin a$

$\rm C$错误;

$\rm D$.由$Mg\sin\alpha+k\dfrac{q_{0}q_{\text{C}}}{l^{2}}=k\dfrac{q_{0}q_{0}}{l^{2}}$

可得$l=q_{0}\sqrt{\dfrac{3k}{7Mg\sin\alpha}}$

$\rm D$错误。

故选:$\rm A$

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