
带电粒子或带电小球在库仑力及其他力的作用下,可以处于平衡状态,还可以处于非平衡状态,包括沿水平方向做变速运动,沿竖直方向做变速运动(加速度可能恒定,也可能变化)还可能在水平面内做圆周运动。
【典例4】(23-24高二上·贵州毕节·期末)如图所示,在绝缘且光滑水平地面上有两个带异种电荷的小球A、B,质量分别为、
带电量分别为
、
当用力 F向右拉着A时,A、B小球共同运动,两小球之间的间距为
。当用力F向左拉着B时,A、B小球共同运动,两小球之间的间距为
,则
和
的比值为( )
A. B.
C.
D.
【答案】C
【详解】对A、B整体由牛顿第二定律有
可知,无论拉力作用在A上还是作用在B上两球共同运动的加速度大小相同,则当拉力作用在A上时,对小球B由牛顿第二定律有
当拉力作用在B上时,对小球A由牛顿第二定律有,解得
故选C。
【变式4-1】质量均为m的三个带电小球A、B、C用三根长度均为l的绝缘丝线相互连接,放置在光滑绝缘的水平面上,A球的电荷量为+q。在C球上施加一个水平向右的恒力F之后,三个小球一起向右运动,三根丝线刚好都伸直且没有弹力,F的作用线反向延长线与A、B间的丝线相交于丝线的中点,如图所示,已知静电力常量为k,下列说法正确的是( )
A.B球的电荷量可能为+2q B.C球的电荷量为
C.三个小球一起运动的加速度为 D.恒力F的大小为
【答案】C
【详解】A.根据对称性可知,A球的电荷量和B球的电荷量相同,故A错误;
BCD.设C球的电荷量为qC,以A球为研究对象,B球对A球的库仑斥力为
C球对A球的库仑引力为
由题意可得一起运动的加速度方向与F的作用线平行,则有,
解得
且C球带负电,则,
,故C正确,BD错误。
故选C。
【变式4-2】(22-23高二上·四川德阳·期末)如图所示,质量均为m、带等量异种电荷的A、B两个小球放在光滑绝缘的固定斜面上,给B球施加沿斜面向上、大小为(g为重力加速度)的拉力,结果A、B两球以相同的加速度向上做匀加速运动,且两球保持相对静止,两球间的距离为L,小球大小忽略不计,斜面的倾角
,静电力常量为k,
,
,求:
(1)两球一起向上做加速运动的加速度大小;
(2)A球所带的电荷量的大小。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)对两球整体分析,两球一起向上做匀加速运动,设加速度为,根据牛顿第二定律可得
,解得
(2)设球的带电量为
,对
球研究,根据牛顿第二定律有
解得
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