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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$q_{0}\\sqrt{\\dfrac{3k}{8Mg}}$
"]$\rm A$.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$A$与$B$、$B$与$C$间距相等,由库仑定律可得,$B$对$C$的库仑力是$A$对$C$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$Mg\sin\alpha+k\dfrac{q_{0}q_{\text{C}}}{l^{2}}=k\dfrac{q_{0}q_{\text{0}}}{l^{2}}$
对$C$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$q_{\text{C}}=\dfrac{4}{7}q_{0}$
故$\rm A$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$x=3\dfrac{Mg\sin\alpha}{k_{0}}$
故$\rm B$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$F=2Mg\sin a$
故$\rm C$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$l=q_{0}\sqrt{\dfrac{3k}{7Mg\sin\alpha}}$
故$\rm D$错误。
故选:$\rm A$。
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