AP物理C:力学:电学

学习AP物理C:力学的概念,示例问题和解释

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例子问题

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例子问题1:电磁学考试

直径为10厘米的空心金属球的净电荷为均匀分布于其表面。距离球体中心2.0米的场的大小是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

相关方程:

(点电荷电场)

在金属球以外的任何地方,电场与位于球中心的相同大小的点电荷的电场是相同的。那么,计算给定点电荷的电场:

插入了:

例子问题1:

两个无限平行的导电薄板各有正电荷密度。右边薄片右边的电场的大小和方向是什么?

可能的答案:

,向右

,在左边

,向右

,向右

正确答案:

,向右

解释

相关方程:

(由单个无限平面产生的场)

电场是添加剂;换句话说,来自两个平面的总电场是它们各自电场的和:

电场的方向远离正源电荷。因此,在这些带正电荷的平面的右边,电场指向右边。

例子问题1:电磁学考试

四个粒子,每个带电荷的四个角组成一个边长相等的正方形。对于方框左上角的电荷,由于它与其他三个粒子相互作用而受到的合力是向哪个方向?

可能的答案:

直接往左

向上的左

向下的

直接向右

正确答案:

向上的左

解释

正确答案是向左向上45度。因为所有的粒子都带电荷,所有的力都是排斥的(不会有吸引力)。右上角的粒子产生了一个直接向左的斥力,而左下角的粒子产生了一个直接向上的斥力。它们的大小相等,因为它们都有距离从左上角开始。右下角也产生了一个斥力,但作用方向与向左和向上的力的矢量和相同。

例子问题2:电磁学考试

考虑一个由两个嵌套球体组成的球形电容器。小一点的球的半径是还有一项指控,位于一个半径较大的球体内还有一项指控

下面哪个方程准确地描述了这个球形电容器的电容?

可能的答案:

由于对称性,这种情况不会产生电容

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们需要推导一个方程。

我们知道:

我们可以用高斯定律推导出两个圆之间的电场:

求关于的积分,我们得到:

我们可以把它代回电容方程得到:

例子问题1:电磁学考试

我们有一个点电荷。确定距离处的电场远离那个电荷。

可能的答案:

正确答案:

解释

点电荷下的电场的库仑定律是,我们知道以下变量的值。

利用这些值,我们可以解出电场。

例子问题1:电磁学考试

两个正电荷而且地方在远处吗远离彼此,如下图所示。如果测试带正电荷,,是放在中间,隔着什么距离这个测试电荷的净力为零吗?

指控

可能的答案:

正确答案:

解释

为求试验电荷受合力为零的位置,可将合力方程写成,在那里作用在测试上的力来自于,作用在同一测试电荷上的力来自于。利用库仑定律,我们可以重写力方程,使它等于零。

在这个方程中,距离,为测试电荷距离的远近,而表示测试电荷距离的远近。现在我们化简并解

交叉相乘。

我们可以取消而且。为了解决这个问题,我们不需要知道这些值。

既然我们已经分离了,我们可以代入问题中给出的值并求解。

例子问题2:

你正站在一个带正电的大金属板上表面电荷是

假设平板无限大,质量是,你的身体需要多少电荷才能让你漂浮?

可能的答案:

正确答案:

解释

考虑作用在你身上的力量。有向下(负方向)的重力,。为了让你浮起来,必须有一个向上(正方向)的力,这个向上的力来自金属板,。为了表明你会漂浮,合力方程被写成,在那里是对你的指控。

对于带电的盘子,要知道这一点

知道了这些,力方程就变成

解出

现在我们可以代入给定的值,解出电荷。

例子问题1:电磁学考试

的点电荷施加一种力另一项指控。这两项指控相距有多远?

可能的答案:

正确答案:

解释

用库仑定律求两个电荷之间的距离。

既然我们要求距离,,我们求解

我们知道力和两个电荷的值。

我们可以代入这些值并解出距离。

例子问题1:电磁学考试

两个电荷之间的电作用力是多少,而且,位于分开吗?

可能的答案:

正确答案:

解释

求两个电荷之间的作用力的方程是,在那里。利用这个,我们可以重写力方程。

现在,我们可以用题目中给出的值来解出两个粒子之间的电作用力。

例子问题1:使用库仑定律

电场点上电场的大小是多少从点电荷?

可能的答案:

正确答案:

解释

求电场强度的方程是

我们可以用给定的值来解出距离处的电场强度

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