Question

【题目】如图，一质量不计，可上下自由移动的活塞将理想气体封闭在圆筒内，筒的侧壁为绝缘体，下底M及活塞D均为导体并按图连接，活塞面积S=2cm2．闭合电键前，DM间距l1=5μm，闭合电键后，活塞D与下底M分别带有等量异种电荷，并各自产生匀强电场（D与M间的电场为各自产生的电场的叠加）．在电场力作用下活塞D发生移动．稳定后，DM间距l2=4μm，伏特表读数为2V．

（1）求出活塞受到的电场力大小F（大气压强p0＝1.0×105Pa，活塞移动前后气体温度不变）

（2）求出活塞D所带电量q

Answer 1

【答案】（1）F =5N（2）q=2×10-5C

【解析】

（1）筒内气体发生等温变化，则有 p0l1=p1l2，
解得 p1＝1.25p0＝1.25×105Pa
活塞受到的气体压强差为：△p＝p1p0＝2.5×104Pa
活塞受力平衡，则活塞所受的电场力大小：F=△pS=5N
（2）D与M间的电场强度：

因为E是D与M所带的等量异种电荷产生的合场强，所以M所产生的场强：EM=E
由，

得