AP物理2:点电荷

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例子问题

例子问题1:点费用

一个轴上有两个电荷。一笔费用位于原点,而另一个电荷位于4米。沿轴的哪一点电场为零?

可能的答案:

在轴上没有电场为0的点

正确答案:

解释

点电荷形成电场的方程是

为了找到电场为0的点,我们建立了两个电荷相等的方程,因为这就是它们互相抵消的地方。让是点的位置。第一个电荷的半径是,秒的半径为

因此,电场为零的唯一点在,即1.34米。

例子问题2:点费用

的指控是在的费用是在.x轴上哪一点的电场是0?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了找出电场为0的位置,我们取每个点电荷的电场使它们彼此相等,因为这时它们会互相抵消。

的可以约掉。

因此,点的电场为0

例子问题3:点费用

想象一下真空中两个相距2米远的点电荷。其中一种电荷的强度是.如果两个粒子之间的力是0.0405N,那么第二个电荷的强度是多少?

可能的答案:

没有足够的信息来确定另一种电荷的强度

正确答案:

解释

两个点电荷所受的力的方程是

我们正在寻找,所以我们重新排列方程来解它。

现在,我们可以代入数字。

因此,第二电荷的强度为

问题4:点费用

Physics2set1q12

这两个点电荷之间的电力是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

两个点电荷之间的力如下式所示:

,在那里而且点电荷的大小,它们之间的距离,和这里的常数等于什么

把这些数字代入这个方程

例5:点费用

电荷通过e场

假设有一个包含电场的框架,它平放在桌子上,如图所示。带电荷的正电荷粒子和质量是以初速射出的吗角度水平方向。如果这个粒子从恒定电场的负极开始它的旅程,下面哪个表达式表示粒子在电场中运动的水平距离?

可能的答案:

正确答案:

解释

我们已知这样一种情况,在这个坐标系中,一个电场平躺在它的一侧。在这个坐标系中,一个带正电的粒子正在通过一个电场,这个电场的方向是这样的,带正电的一端在粒子起始位置的另一边。我们被要求求出这个粒子在电场中运动的水平距离。因为这个坐标系是侧着的,所以电场的方向垂直于重力。因此,在这种情况下,我们唯一需要关注的力就是电力,我们可以忽略重力。但是,如果我们认为正的y方向指向正端,负的y方向指向负端,这是有用的。同样重要的是要意识到任何加速度都只发生在y方向上。也就是说,在x方向上没有加速度。我们将从下面的方程开始:

我们需要求出速度的x分量。

我们的下一个挑战是找到时间变量的表达式。要做到这一点,我们需要考虑质点在y方向上的运动。此外,由于y方向上的加速度是恒定的(由于恒定的电场),我们可以利用运动学方程。

因为y方向上的位移不变,我们可以设它等于零。

就像我们求x方向一样,我们需要考虑速度的y分量。

我们还需要找到加速度项的另一种表达式。我们可以注意到,电场提供了加速度。

同样,记住符号约定也很重要。因为电场是从正极(正y方向)指向负极(我们定义为负y方向),所以电场是负的。

现在,把这个表达式代入上面的运动学方程。

重新排列并求解时间。

现在我们已经找到了时间的表达式,我们最后可以把这个值代入水平距离的表达式中。

最后,用三角恒等式

例子问题6:点费用

电荷通过e场

假设有一个包含电场的框架,它平放在桌子上,如图所示。带电荷的正电荷粒子和质量是以初速射出的吗角度水平方向。如果这个粒子从恒定电场的负极开始它的旅程,下面哪一项给出了一个表达式,表示这个粒子在它弯曲回来到达负极之前将在电场中停留的时间?

可能的答案:

正确答案:

解释

我们已知这样一种情况,在这个坐标系中,一个电场平躺在它的一侧。在这个坐标系中,一个带正电的粒子正在通过一个电场,这个电场的方向是这样的,带正电的一端在粒子起始位置的另一边。我们被要求找到粒子在这个场中停留时间的表达式。因为这个坐标系是侧着的,所以电场的方向垂直于重力。因此,在这种情况下,我们唯一需要关注的力就是电力,我们可以忽略重力。但是,如果我们认为正的y方向指向正端,负的y方向指向负端,这是有用的。首先,我们需要一个粒子速度的y分量的表达式。

接下来,我们需要利用其中一个运动学方程(我们可以这样做,因为加速度是常数)。

由于质点在y方向上的位置不会发生变化,我们可以将y方向上的位移设为零。

此时,我们需要找到上述方程中加速度项的表达式。粒子在运动过程中唯一受到的力是电。

对于我们来说,记住上面提到的符号约定也很重要。由于电场指向负极(负y方向),它将被赋值为负值。

现在,将加速度的表达式代入之前由运动学方程导出的表达式中,我们得到:

消去负号,展开速度y分量的表达式,所以我们得到:

重新排列来求解时间。

示例问题7:点费用

有质量的物体在加速的电场中.确定物体的电荷。

可能的答案:

正确答案:

解释

将牛顿第二定律与电场产生的电场力方程结合起来:

插入值:

例8:点费用

远离点电荷时,电场是指向电荷。确定点电荷的值。

可能的答案:

这些都不是

正确答案:

解释

由于电场指向电荷,所以已知电荷为负值。

利用电场公式:

插入值:

因为电荷一定是负值:

问题9:点费用

想象两个相距5米的点电荷。一个人负责另一个负责.它们之间的力的大小是多少?它是吸引人的还是排斥人的?

可能的答案:

有吸引力的

令人厌恶的

有吸引力的

这两个电荷没有感觉到力。

令人厌恶的

正确答案:

有吸引力的

解释

两个点电荷所受到的力的方程称为库仑定律,它如下所示。

值“k”被称为库仑常数,其值约为

我们有了这个方程所需的所有数,所以我们可以把它们代入。

既然给了我们一个负数(通过我们的直觉:“异性相吸”),我们可以确定这个力是吸引的。因为我们被要求力的绝对值,所以答案是

,引力。

例子问题10:点费用

距离一个强度为的点电荷3米的电场值是多少?

可能的答案:

没有一个答案是正确的。

正确答案:

解释

为了求出由点电荷产生的电场强度,可以应用下面的方程。

我们知道Q和r的值(分别是电荷和距离),所以我们可以简单地代入我们需要的数字来找到答案。

虽然这似乎是一个非常大的数字来自这样一个小的电荷,请记住,与它相互作用的典型电荷的强度大致相同。这产生的力远小于10,000牛顿。

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