Question

11．某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素．A是一个带正电的物体，系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离，静电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来．他们分别进行了以下操作．
步骤一：把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的P₁、P₂、P₃等位置，比较小球在不同位置所受带电物体的静电力的大小．
步骤二：使小球处于同一位置，增大或减小小球所带的电荷量，比较小球所受的静电力的大小．
（1）该实验采用的方法是B．（填正确选项前的字母）
A．理想实验法            B．控制变量法            C．等效替代法
（2）实验表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小．（填“增大”、“减小”或“不变”）
（3）若物体A的电荷量用Q表示，小球的电荷量用q表示、质量用m表示，物体与小球间的距离用d表示，静电力常量为k，重力加速度为g，可认为物体A与小球在同一水平线上，则小球偏离竖直方向的角度的正切值为$\frac{mg{d}^{2}}{kQq}$．

Answer 1

分析 （1）解答本题要了解库仑力的推导过程，由于决定电荷之间作用力大小的因素很多，因此需要采用控制变量的方法进行研究．
（2）现在都知道库仑力的决定因素，但是该实验只是研究了库仑力和距离之间的关系．
（3）根据共点力平衡，结合库仑定律即可求出．

解答 解：（1）此实验中比较小球在不同位置所受带电物体的静电力的大小，再使小球处于同一位置，增大或减小小球所带的电荷量，比较小球所受的静电力的大小，所以是采用了控制变量的方法；
（2）在研究电荷之间作用力大小的决定因素时，采用控制变量的方法进行，如本实验，根据小球的摆角可以看出小球所受作用力逐渐减小，当Q、q-定，d不同时，由图可知，距离越大，作用力越小．
（3）小球受到重力、绳子的拉力以及库仑力的作用，其中A与小球之间的库仑力：F=$\frac{kQq}{{d}^{2}}$
所以小球偏离竖直方向的角度的正切值：$tanθ=\frac{mg}{F}=\frac{mg{d}^{2}}{kQq}$
故答案为：（1）B；（2）减小．（3）$\frac{mg{d}^{2}}{kQq}$

点评 控制变量法是高中物理物理中重要研究方法，要了解控制变量法的应用，同时掌握影响库仑力的因素．