题目内容

如图所示,电源电动势为10V,内电阻为0.5Ω,R1=5.5Ω,R2=4Ω,当S闭合时,一带电油滴恰好静止在水平放置的平行金属板间.求S断开时,油滴的加速度为多大?方向如何?
分析:当S闭合时,电容器与R2并联,根据欧姆定律得到电容器的电压与电源电动势的关系.由油滴静止,根据平衡条件得到,重力与板间电压的关系.S断开时,电路中没有电流,板间电压等于电源的电动势,根据牛顿第二定律得到加速度与板间电压的关系,再联立求解加速度的大小.由于板间电压增大,场强增大,油滴的加速度方向向上.
解答:解:当S闭合时,电容器与R2并联
U1=
R2E
R1+R2+r
=0.4E

对油滴静止,由平衡条件:mg=
U1
d
q
,得到mg=
0.4qE
d

当S断开时,电容器与电源并联U2=E
对油滴,由牛顿第二定律:
U2
d
q-mg=ma
,得到2.5mg-mg=ma
得a=1.5g=15m/s2,方向向上.
答:S断开时,油滴的加速度为15m/s2,方向向上.
点评:本题是电路与电场、力学知识的综合,考查处理综合题的能力.电容器的电压与所并联电路的电压相等.电路稳定后,电容器所在电路电流为零,其电压等于所在电路两端的电压.
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