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如图所示,图中MN为足够大的不带电薄金属板,在金属板的右侧,距离为d的位置上放入一个电荷量为+q的点电荷O,由于静电感应产生了如图所示的电场分布.P是金属板上的一点,P点与点电荷O之间的距离为r,几位同学想求出P点的电场强度大小,经过仔细研究,他们分别对P点的电场强度方向和大小做出以下判断,其中正确的是(  )
分析:巧用类比进行知识的迁移,根据等量异号电荷的电场分布特点和场强的叠加可知各点的场强大小.
解答:解:查阅资料知道:图所示的电场分布与等量异种电荷电场分布的一半是一样的.
根据P点的电场线方向可以得P点的电场强度方向是垂直于金属板向左,
P点与点电荷O之间的距离为r,
根据点电荷的场强公式E=
kQ
r2
得,一个电荷+q在P点的场强为E1=
kq
r2

电场是由两异号点电荷分别产生的场强叠加产生的,如图所示:
据几何关系知:cosθ=
d
r

所以P点的合场强为E=2E1cosθ=
2kqd
r3
,故ABD错误,C正确.

                                                                       
故选:C.
点评:能熟练掌握常见电场的电场线分布及等势面的分布,同时注意等量异号电荷形成电场的对称性;巧用类比进行知识的迁移是解决本题的关键.
练习册系列答案
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(2)通过分析计算说明,从金属棒a、b进入磁场至某金属第一次离开磁场的过程中,电路中产生的焦耳热.

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(25分)磁悬浮列车是一种高速运载工具。它具有两个重要系统。一是悬浮系统,利用磁力(可由超导电磁铁提供)使车体在导轨上悬浮起来与轨道脱离接触。另一是驱动系统,在沿轨道上安装的三相绕组(线圈)中,通上三相交流电,产生随时间、空间作周期性变化的磁场,磁场与固连在车体下端的感应金属板相互作用,使车体获得牵引力。

    为了有助于了解磁悬浮列车的牵引力的来由,我们求解下面的问题。

设有一与轨道平面垂直的磁场,磁感应强度B随时间t和空间位置x变化规律为

式中均为已知常量,坐标轴x与轨道平行。在任一时刻t,轨道平面上磁场沿x方向的分布是不均匀的,如图所示。图中Oxy平面代表轨道平面,“×”表示磁场的方向垂直Oxy平面指向纸里,“? ”表示磁场的方向垂直Oxy平面指向纸外。规定指向纸外时B取正值。“×”和“? ”的疏密程度表示沿着x轴B的大小分布。一与轨道平面平行的具有一定质量的金属矩形框MNPQ处在该磁场中,已知与轨道垂直的金属框边MN的长度为,与轨道平行的金属框边MQ的长度为d,金属框的电阻为R,不计金属框的电感。

1.试求在时刻t,当金属框的MN边位于x处时磁场作用于金属框的安培力,设此时刻金属框沿x轴正方向移动的速度为

2.试讨论安培力的大小与金属框几何尺寸的关系。

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如图所示,PQMN与CDEF为两根足够长的固定平行金属导轨,导轨间距为L。PQ、MN、CD、EF为相同的弧形导轨;QM、DE为足够长的水平导轨。导轨的水平部分QM和DE处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。a、b为材料相同、长都为L的导体棒,跨接在导轨上。已知a棒的质量为m、电阻为R,a棒的横截面是b的3倍。金属棒a和b都从距水平面高度为h的弧形导轨上由静止释放,分别通过DQ、EM同时进入匀强磁场中,a、b棒在水平导轨上运动时不会相碰。若金属棒a、b与导轨接触良好,且不计导轨的电阻和棒与导轨的摩擦。

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(15分).如图所示,在空间中取直角坐标系,在第一象限内从y轴到MN之间的区域充满一个沿y轴正方向的匀强电场,MN为电场的理想边界,场强大小为E,ON=d 。在第二象限内充满一个沿x轴负方向的匀强电场,场强大小为E2。电子从y轴上的A点以初速度沿x轴负方向射入第二象限区域,它到达的最右端为图中的B点,之后返回第一象限,且从MN上的P点离开。已知A点坐标为(0,h).电子的电量为e,质量为m,电子的重力忽略不计,求:

(1)电子从A点到B点所用的时间

(2)P点的坐标;

(3)电子经过x轴时离坐标原点O的距离.

 

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