题目内容

如图所示,电源电动势E=10V,内电阻r=1Ω,电阻R1=5Ω、R2=8Ω、R3=2Ω、R4=6Ω、R5=R6=4Ω,水平放置的平行金属板相距d=2.4cm,原来单刀双掷开关S接b,在两板中心的带电微粒P处于静止状态;现将单刀双掷开关S迅速接c,带电微粒与金属板相碰后即吸附在金属板上,取g=10m/s2,不计平行板电容器充、放电时间.求:
(1)开关S接b时,电源的总功率?
(2)开关S接c时,R2两端的电压为多少?
(3)带电微粒在金属板中的运动时间?
分析:(1)当开关S接b时,金属板相当于断路,分析出等效电路后结合闭合电路欧姆定律求解;(2)开关S接c时,根据串并联电路规律求R2两端的电压;(3)根据S接b时微粒P处于静止状态,重力等于电场力列式,设S接c时微粒P的加速度为a,在金属板中运动时间为t,根据位移时间公式、牛顿第二定律列式即可求解.
解答:解:(1)开关S接b时,电容器相当于断路,外电路为R3R4串联后与R2并联,然后与R1串联
根据闭合电路欧姆定律:I=
E
R+r

R=R1+
R2(R3+R4)
R2+R3+R4
=9Ω
解得:I=1A
则电源的总功率P=EI=10v×1A=10W
(2)开关S接c时,电容器仍相当于断路,等效电路与S接b时相同,
则U1=IR1=5V   Ur=Ir=1V
R2上的电压U2=E-U1-Ur=4V
(3)设微粒的质量为m,带电量为q,S接b时微粒P处于静止状态,微粒应带负电,且有 mg=q
U1+U3
q

设S接c时微粒P的加速度为a,在金属板中运动时间为t,则有
mg=q
U4
d

d
2
=
1
2
at2
代入数据解得 t=0.04s 
答:(1)电源总功率为10W,
(2)开关S接c时,R2两端的电压为4V
(3)带电微粒在金属板中的运动时间0.04s
点评:本题主要考查了闭合电路欧姆定律及牛顿第二定律、匀加速直线运动位移时间公式的应用,难度稍大.
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