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第2节 库仑定律(满分100分,60分钟完成) 班级_姓名_目的要求:1掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定库仑定律;2知道真空中点电荷间作用力为一对相互作用力,遵从牛顿第三定律。第卷(选择题 共48分)一、选择题:本大题共6小题,每小题8分,共48分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确,选对的得8分,对而不全得4分。选错或不选的得0分。1已知介子、介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的,它们的带电量如下表所示,表中e为元电荷+ud带电量+ee+ 下列说法正确的是()A+由u和组成B+由d和组成C由u和组成D由d和组成2关于对元电荷的理解,下列说法正确的是()A元电荷就是电子B元电荷就是质子C元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量D元电荷是带电荷量最小的带电粒子A B C D图13中子内有一个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的下夸克,一简单模型是三个夸克都在半径为的同一圆周上,如图1所示。在给出的四幅图中,能正确表示出各夸克所受静电作用力的是() 4如图2所示,光滑绝缘水平面上有两只完全相同的金属球A、B,带电量分别为2Q与Q。现在使它们以相同的初动能E0(对应的动量大小为p0)开始相向运动且刚好能发生接触。接触后两小球又各自反向运动。当它们刚好回到各自的出发点时的动能分别为E1和E2,动量大小分别为p1和p2。有下列说法,其中正确的是 ()-Q-2Q图2ABAE1E2 E0,p1p2p0 BE1E2 E0,p1p2p0 C接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点 D两球必将同时返回各自的出发点图45如图4所示,三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上。a和c带正电,b带负电,a所带电量的大小比b的小。已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示,它应是()AF1 BF2 CF3 DF4PBAQ图56如图5所示,竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定点A,在Q的正上方的P处用绝缘细线悬挂一质点B,A、B两质点因带电而互相排斥,致使悬线与竖直方向成一夹角,由于漏电,A、B两质点的带电量不断减少,在电荷漏完之前,悬线拉力大小 ()A变小B变大C不变D先变小后变大第卷(非选择题,共52分)二、填空、实验题:本大题共3小题,每小题8分,共24分。把正确答案填写在题中横线上或按要求作答。7光滑水平面有A、B两个带电小球,A的质量是B的质量的2倍,将两球由静止释放,初始A的加速度为a,经过一段时间后,B的加速度也为a,速度大小为v,此时,A的加速度为_,速度大小为_。8半径相同的两金属小球,所带的电量之比为31,相距为r时相互作用力大小为F1,若把两球相互接触一下后再放回原位置,这时两球间的相互作用力为F2,则F2F1可能为_或_。(两球均可视为点电荷)9直径为R的绝缘球壳上均匀带有电量为Q的电荷,另一电量为q的点电荷放在球心O,由于对称性,点电荷受力为零,现在球壳上挖去半径为r(rR)的一个小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受力的大小为_,方向_ (已知静电力恒量为k)。三、计算题:本大题共2小题,计28分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。10(12分)“真空中两个静止点电荷相距10 cm,它们之间相互作用力大小为9104 N。当它们合在一起时,成为一个带电量为3108 C的点电荷,问原来两电荷的带电量各为多少?”某同学求解如下:根据电荷守恒定律:q1q23108Ca (1)根据库仑定律:q1q2F9104C211015C2b以q2代入(1)式得:q12aq1b0解得q1根号中的数值小于0,经检查,运算无误,试指出求解过程中的问题,并给出正确的解答。11(16分)已经证实,质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的,上夸克带电为,下夸克带电为,e为电子所带电量的大小,如果质子是由三个夸克组成的,且各个夸克之间的距离都为l,l1.51015m,试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)。参考答案一、选择题:1【答案】AD【点拨】从表中可以看出,u和结合刚好带电e,C错误,A正确;d和结合带电e,B错误,D正确。2【答案】C【点拨】电子和质子带有等量的异种电荷,电荷量e1.601019,电荷量e称为元电荷。3【答案】B【点拨】根据库仑定律和两力合成的平行四边形定则,可以判断B正确。4【答案】AD【点拨】由牛顿定律的观点看,两球的加速度大小始终相同,相同时间内的位移大小一定相同,必然在连线中点相遇,又同时返回出发点。由动量观点看,系统动量守恒,两球的速度始终等值反向,也可得出结论:两球必将同时返回各自的出发点。且两球末动量大小和末动能一定相等。从能量观点看,两球接触后的电荷量都变为1.5Q,在相同距离上的库仑斥力增大,返回过程中电场力做的正功大于接近过程中克服电场力做的功,由功能关系知,系统机械能必然增大,即末动能增大。A、D正确。5【答案】B【点拨】a对c的库仑力沿ac方向,b对c的库仑力沿ca方向,因为a所带的电量的大小比b的小,所以答案B正确。6【答案】CGF1F2QBPA【点拨】B的受力如图,根据三角形相似对应边成比例有。从比例式可以看出,绳的拉力F2只跟B的重力、PQ之间的距离h、绳的长度L有关系,跟AB之间的库仑力没有关系,所以答案C正确。二、填空、实验题:7【答案】, 【点拨】A、B之间的库仑力是作用力与反作用力,大小始终相等,又A的质量是B的质量的2倍,所以当B的加速度为a是,A的加速度为,又根据动量守恒得到B的速度为v时,A的速度为。8【答案】43;13【点拨】由题意可知两球均带电,但是所带电的性质未知,根据“两球形状相同,相碰之后电荷量均分”这一原则,如果两球原来所带电性相同,则碰后每一个球所带电量为两球原来所带电量之和的一半,这样由库仑定律可得F2F1为43;而当两球原来所带电性相异时,则相碰后每一个球所带电荷量为两异种电荷中和后电荷量的一半,即为两球原来所带电工量之差的一半,这样再根据库仑定律得出F2F113。9【答案】,由球心指向小孔中心【点拨】球壳电荷面密度,被挖去的小圆孔的所带的电荷量q1r2。由于rR,则忽略其形状、大小对作用力的影响,q1可视为点电荷。根据库仑定律有:F。方向由球心指向小孔中心。三、计算题:10【答案】见解析。【解析】没有考虑两电荷的电性,实际上两电荷是异种电荷,有q1q23108CA,q1q21015 C2B,则q12Aq1B0解得:q15108 C,q22108 C。11【答案】上夸克与上夸克之间:46N,斥力;上夸克与下夸克之间:23N,吸力【解析】质子带电为e,所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的。按题意,三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处,这时上夸克与上夸克之间的静电力应为 代入数值,得:46N,为斥力上夸克与下夸克之间的静电力为 代入数值,得23N,为吸力。
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