类比是一种重要的科学思想方法。在物理学史上,法拉第通过类比不可压缩流体中的流速线提出用电场线来描述电场。

(1)静电场的分布可以用电场线来形象描述,已知静电力常量为k。
①真空中有一电荷量为Q的正点电荷,其周围电场的电场线分布如图1所示。距离点电荷r处有一点P,请根据库仑定律和电场强度的定义,推导出P点场强大小E的表达式;
②如图1所示,若在A、B两点放置的是电荷量分别为+q1和-q2的点电荷,已知A、B间的距离为2a,C为A、B连线的中点,求C点的电场强度的大小EC的表达式,并根据电场线的分布情况比较q1和q2的大小关系。
(2)有一足够大的静止水域,在水面下足够深的地方放置一大小可以忽略的球形喷头,其向各方向均匀喷射水流。稳定后水在空间各处流动速度大小和方向是不同的,为了形象地描述空间中水的速度的分布,可引入水的“流速线”。水不可压缩,该情景下水的“流速线”的形状与图2中的电场线相似,箭头方向为速度方向,“流速线”分布的疏密反映水流速的大小。
①已知喷头单位时间喷出水的体积为Q1,写出喷头单独存在时,距离喷头为r处水流速大小v1的表达式;
②如图3所示,水面下的A点有一大小可以忽略的球形喷头,当喷头单独存在时可以向空间各方向均匀喷水,单位时间喷出水的体积为Q1;水面下的B点有一大小可以忽略的球形吸收器,当吸收器单独存在时可以均匀吸收空间各方向的水,单位时间吸收水的体积为Q2。同时开启喷头和吸收器,水的“流速线”的形状与图2中电场线相似。若A、B间的距离为2a,C为A、B连线的中点。喷头和吸收器对水的作用是独立的,空间水的流速和电场的场强一样都为矢量,遵循矢量叠加原理,类比图2中C处电场强度的计算方法,求图3中C点处水流速大小v2的表达式。
【考点】电场线的定义及基本特征.
【答案】(1)①P点场强大小E的表达式;
②C点的电场强度的大小EC的表达式为,q1>q2
(2)①距离喷头为r处水流速大小v1的表达式
②C点处水流速大小v2的表达式v2=.
E
=
k
Q
r
2
②C点的电场强度的大小EC的表达式为
E
C
=
E
1
+
E
2
=
k
q
1
+
q
2
a
2
(2)①距离喷头为r处水流速大小v1的表达式
v
1
=
Q
1
4
π
r
2
②C点处水流速大小v2的表达式v2=
Q
1
+
Q
2
4
π
a
2
【解答】
【点评】
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发布:2024/12/29 23:0:1组卷:372引用:3难度:0.6
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