Question

20．（1）在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中，一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量有关．他选用带正电的小球A和B，A球放在可移动的绝缘座上，B球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点，如图1所示．
实验时，先保持两球电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大；再保持两球距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大．

实验表明：两电荷之间的相互作用力，随其距离的减小而增大，随其所带电荷量的增大而增大．
此同学在探究中应用的科学方法是控制变量法（选填：“累积法”、“等效替代法”、“控制变量法”或“演绎法”）．
（2）如图2所示的A、B、C、D、E、F为匀强电场中正六边形的六个顶点．已知A、B、C三点的电势分别为-1V、1V、5V，则
①D点的电势φ_D为7V．
②标出电场强度的方向（用刻度尺作图）．
（3）如图3所示，示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的C
A．极板X应带正电　　　　      B．极板X′应带正电
C．极板Y应带正电             D．极板Y′应带正电．

Answer 1

分析 （1）由于实验时，先保持两球电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近；再保持两球距离不变，改变小球所带的电荷量，所以采用的方法是控制变量法．
（2）在匀强电场中，沿着任意方向前进相同距离，电势的降落必定相等，根据这个特点并结合几何关系就可以得到D点的电势；匀强电场的等势面是一系列的平行且等间距的直线，电场线必定与等势面垂直，且从高等势面指向低等势面，结合以上特点就可以画出电场线．
（3）由亮斑位置可知电子偏转后打在偏向X，Y向，由电子所受电场力的方向确定电场的方向，再确定极板所带的电性．

解答 解：（1）对小球B进行受力分析，可以得到小球受到的电场力：F=mgtanθ，即B球悬线的偏角越大，电场力也越大；所以使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大，说明了两电荷之间的相互作用力，随其距离的减小而增大；两球距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大，说明了两电荷之间的相互作用力，随其所带电荷量的增大而增大．先保持两球电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近．这是只改变它们之间的距离；再保持两球距离不变，改变小球所带的电荷量．这是只改变电量所以采用的方法是控制变量法．
（2）①在匀强电场中，沿着任意方向前进相同距离，电势的降落必定相等，由于从A到D方向平行与BC方向，且AD间距等于BC间距的两倍

故有
φ_D-φ_A=2（φ_C-φ_B）
代入数据解得
φ_D=7V
②设O为正六边形的中点，由于AO间距等于BC间距，有
φ_O-φ_A=φ_C-φ_B
解得
φ_O=3V
故AO中点O′间距为1V，与B点的电势相等，又由于电场强度的方向D指向A匀强电场的等势面是一系列的平行且等间距的直线，而且电场线必定与等势面垂直，且从高等势面指向低等势面，故场强方向为从D指向A；
（3）电子受力方向与电场方向相反，因电子向X向偏转则，电场方向为X到X′，则X带正电，同理可知Y带正电，故C正确，ABD错误．
故选：C．
故答案为：（1）减小，增大，控制变量法．（2）①7V，②从D指向A．（3）C

点评 该题考查库仑定律的演示实验，电场强度的确定等；解答本题关键要明确匀强电场中沿着任意方向电势降落相等，同时要熟悉匀强电场中等势面和电场线的关系，然后结合几何关系分析求解．