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在如图所示的装置中,电源电动势为E,内阻不计,定值电阻为R1,滑动变阻器总值为R...

manfen5.com 满分网在如图所示的装置中,电源电动势为E,内阻不计,定值电阻为R1,滑动变阻器总值为R2,置于真空中的平行板电容器水平放置,极板间距为d.处在电容器中的油滴A恰好静止不动,此时滑动变阻器的滑片P位于中点位置.
(1)求此时电容器两极板间的电压;
(2)求该油滴的电性以及油滴所带电荷量q与质量m的比值;
(3)现将滑动变阻器的滑片P由中点迅速向上滑到某位置,使电容器上的电荷量变化了Q1,油滴运动时间为t,再将滑片从该位置迅速向下滑动到另一位置,使电容器上的电荷量又变化了Q2,当油滴又运动了2t的时间,恰好回到原来的静止位置.设油滴在运动过程中未与极板接触,滑动变阻器滑动所用时间与电容器充电、放电所用时间均忽略不计.求:Q1与Q2的比值.
(1)根据闭合电路欧姆定律求出电路中的电流,由欧姆定律求出电容器两极板间的电压; (2)处在电容器中的油滴A恰好静止不动,受到的重力与电场力平衡.电容器上板带正电,分析油滴的电性.根据平衡条件求出油滴所带电荷量q与质量m的比值. (3)设电容器原来的电量为Q,将滑动变阻器的滑片P由中点迅速向上滑到某位置,使电容器上的电荷量增加了Q1,油滴在电场中向上做初速度为零的匀加速直线运动,求出现在的电量,根据牛顿第二定律求出加速度,由位移公式和速度公式分别求出油滴向上运动的位移和时间.将滑片从该位置迅速向下滑动到另一位置,使电容器上的电荷量又减少了Q2,再根据牛顿第二定律和运动学公式得出油滴向下运动的位移,联立两个位移关系式求出电量之比. 【解析】 (1)电路中的电流I= 平行板电容器两端的电压U==. (2)电容上板速写正电,油滴处于静止状态,电场力向上,则油滴带负电.对油滴受力分析,得F电-mg=0,即 =mg,所以=. (3)设电容器的电容为C,极板原来具有的电荷量为Q,电容器上的电量变化Q1后,油滴在电场中向上做初速度为零的匀加速直线运动,t秒末油滴的速度为v1、位移为s,板间的电压 U1= 根据牛顿第二定律得 F电1-mg=ma1, 根据运动学公式得s=a1t2,v1=a1t 电容器上的电量又变化了Q2后,油滴在电场中向上做匀减速直线运动,2t秒末位移为-s. 极板间的电压为U2= 根据牛顿第二定律得 mg-F电2=ma2,mg-=ma2 根据运动学公式得-s=2v1t-a2(2t)2 解得:=. 答:(1)此时电容器两极板间的电压为. (2)油滴带负电,油滴所带电荷量q与质量m的比值为. (3)Q1与Q2的比值为4:9.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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