如图所示,一绝缘正四面体的顶点 a 、 b 、 c 、 d 分别固定电荷量为 + q 、 - q 、 - q 、 + q 的四个点电荷。 O 、 P 、 M 、 Q 为四面体棱上的点,且满足 。规定无穷远处电势为 0 ,则( )
A . M 点的电势为 0
B . UPM = UOQ
C .将电性为负的试探电荷由 Q 点移动到 P 点,电场力做负功
D .在四面体的棱上,另有 3 个点的电势及电场强度大小与 M 点相同
ABD
【解析】
【详解】
A . M 点是 cd 的中点,同时也在 ab 的中垂线上,故其电势为 0 , A 正确;
B . P 、 Q 距离 a 、 c 均为 处 , a 、 c 分别为 + q 、 - q 的电荷,则分别在 P 、 Q 处的电势绝对值相等,同理, P 、 Q 距离 b 、 d 均为 处, b 、 d 分别为 - q 、 + q 的电荷, b 、 d 分别在 P 、 Q 处的电势绝对值相等, P 与 d 、 c 距离与 Q 与 b 、 a 距离相等,则合电势刚好相反,即
根据 A 分析, O 点的电势也为零,则有
则
B 正确;
C .因为
负电荷由 Q 点运动到 P 点,电场力做正功, C 错误;
D .根据正四面体及电荷分布的对称性可知, ab 、 ac 、 db 中点的电场强度大小,电势均与 M 点相同,其他各点均不满足条件, D 正确。
故选 ABD 。
如图所示,在半径为 R 的圆形区域内存在着垂直于纸面向里、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,甲、乙两个相同的负电荷分别从图中 A 点和 O 点以方向相同、大小不同的速度垂直于磁场的方向射入,两电荷的速度方向与 AO 的夹角均为 30° 。已知甲电荷速度大小为 v 1 ,从磁场边缘的 C 点离开磁场( C 点未画出),速度方向偏转了 120° ,若乙电荷也从 C 点离开磁场,不计电荷的重力及电荷间的相互作用力,则下列说法正确的是( )
A .甲、乙两电荷的比荷均为
B .甲、乙两电荷的比荷均为
C .甲、乙两电荷的速度之比为 2 : 3
D .甲、乙两电荷在磁场中运动的时间之比为 2 : 3
BD
【解析】
【分析】
【详解】
AB .从 A 点射入的电荷在磁场中运动的轨迹如图所示
易证 △ AOO 1 是等边三角形,四边形 AOCO 1 是棱形,轨迹半径 r 与磁场圆形区域的半径 R 相等,即 r = R ,又
解得甲、乙两电荷的比荷
故 A 错误, B 正确;
CD .粒子在磁场中的周期为
T =
甲、乙两电荷运动的周期相等,甲电荷在磁场中运动的时间
乙电荷在磁场中运动的轨迹是半圆,半径为 ,乙电荷运动的时间
所以甲、乙两电荷的速度之比
甲、乙两电荷在磁场中运动的时间之比为
故 C 错误, D 正确。
故选 BD 。
如图( a )所示,光滑绝缘斜面与水平面成 角放置,垂直于斜面的有界匀强磁场边界 M 、 N 与斜面底边平行,磁感应强度大小为 。质量 的 “ 日 ” 字形导线框在沿斜面向上的外力作用下沿斜面向上运动,导体框各段长度相等,即 , ab 、 fc , ed 段的电阻均为 ,其余电阻不计。从导线框刚进入磁场开始计时, fc 段的电流随时间变化如图( b )所示(电流由 f 到 c 的方向为正),重力加速度 下列说法正确的是( )
A .导线框运动的速度大小为 10m/s
B .磁感应强度的方向垂直斜面向上
C .在 至 这段时间内,外力所做的功为 0.24J
D .在 至 这段时间内,导线框所受的安培力大小为 0.3N
AD
【解析】
【详解】
B .由于在 0~0.01s 时间内,电流从 f 到 c 为正,可知 cd 中电流从 d 到 c ,则由右手定则可知,磁感应强度的方向垂直斜面向下,选项 B 错误;
A .因为 cd 刚进入磁场时,通过 fc 的电流为 0.5A ,可知通过 cd 的电流为 1A ,则由
解得
v =10m/s
选项 A 正确;
C .在 至 这段时间内,线圈中产生的焦耳热为
线框重力势能的增加量
则外力所做的功为
选项 C 错误;
D .在 至 这段时间内,导线框的 cf 边在磁场内部,则所受的安培力大小为
选项 D 正确。
故选 AD 。
如图所示,竖直面内两条平行的、间距为 L 的四分之一光滑圆弧导轨处于方向竖直向下的匀强磁场中,两导轨与内阻不计的电源、开关、总阻值为 R 的滑动变阻器相连,导轨与导线电阻均不计。现将一长度也为 L 、电阻为 R /2 的导体棒 ab 放置在导轨上,导体棒恰能静止在图示位置。现缓慢将滑片 P 从一端移动到另外一端,使导体棒沿导轨缓慢向下滑动,则下列说法正确的是( )
A .在滑片 P 滑动的过程中,导轨对导体棒的支持力一直减小
B .在滑片 P 滑动的过程中,导体棒所受的安培力一直减小
C .滑片 P 应由 C 点向 D 点滑动
D .在滑片 P 滑动的过程中,滑动变阻器消耗的电功率先增大后减小
ABD
【解析】
【详解】
AB .根据图示可知,电流从 a 流向 b ,根据左手定则可以判断,导体棒受到的安培力水平向左,导体棒沿导轨缓慢向下滑动,时刻处于平衡状态,根据平衡可知,支持力等于重力与安培力的合力,是矢量三角形的斜边,现缓慢将滑片 P 从一端移动到另外一端,电流一直减小,安培力一直减小,支持力减小,当滑到水平位置时,支持力与重力相等,故 AB 正确;
C .因为开始时静止平衡,现导体棒向下滑动,则向右的安培力应减小,根据 可知,电流应减小,电阻增大,则滑片 P 应由 D 点向 C 点滑动,故 C 错误;
D . 导体棒 ab 的电阻为 ,归为电源内阻,滑动变阻器的总阻值为 R ,故在滑动变阻器电阻减小到零的过程中,根据电源输出功率与外电阻关系可知,滑动变阻器消耗的功率先增大后减小,故 D 正确。
故选 ABD 。
如图所示 , 平行板电容器两极板的间距为 d , 极板与水平面成 45° 角 , 上极板带正电 . 一电荷量为 q ( q > 0) 、质量为 m 的粒子在电容器中靠近下极板处 , 以初动能 E k0 竖直向上射出 . 不计重力 , 极板尺寸足够大 . 若粒子能打到上极板 , 则粒子能在两极板间运动的最长时间和电场强度的最大值分别为 ( )
A . 、
B . 、
C . 、
D . 、
C
【解析】
【详解】
当电场足够大时 , 粒子打到上极板的极限情况为 : 粒子到达上极板处时速度恰好与上极板平行 , 粒子的运动为类平抛运动的逆运动 . 将粒子初速度 v 0 分解为垂直极板的 v y 和平行极板的 v x , 根据运动的合成与分解 , 当 v y = 0 时 , 根据运动学公式有
, v y = v 0 cos45° , E k0 =
联立得
E max =
再根据动量定理有
qE max △ t =△ P y = mv 0 cos45°
解得
△ t =2 d
A. 、 与分析不符,故 A 错误。
B. 、 与分析不符,故 B 错误。
C. 、 与分析相符,故 C 正确。
D. 、 与分析不符,故 D 错误。
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