题目内容

5.如图,一电容为C的平行板电容器的两个极板竖直放置,板间距离为d,在两极板间有一带电小球质量为m,小球用一绝缘轻线悬挂于O点.先给电容器缓慢充电,使两级板所带电荷量分别为﹢Q和-Q,此时悬线与竖直方向的夹角为30°.求:
(1)小球带电量q;
(2)再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增加到60°,且小球与两极板不接触.第二次充电使电容器正极板增加的电荷量△Q.

分析 (1)由Q=CU求的平行板间的电势差,根据U=Ed 求的场强,根据受力分析共点力平衡求的所带电荷
(2)对小球受力分析,受重力、电场力和拉力,根据U=Ed、Q=cU、F=qE以及平衡条件分两次列方程后求解出电容器极板电量Q的表达式进行讨论

解答 解:(1)平行板间的电势差为U=$\frac{Q}{C}$
场强为E=$\frac{U}{d}=\frac{Q}{Cd}$
对小球受力分析,有共点力平衡可得
mgtan30°=qE
解得$q=\frac{\sqrt{3}mgCd}{3Q}$
(2)第二次充电后,电容器带电量为:Q+△Q,同理可得$q=\frac{\sqrt{3}mgCd}{(Q+△Q)}$
联立解得:△Q=2Q
答:(1)小球带电量q为$\frac{\sqrt{3}mgCd}{3Q}$;
(2)再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增加到60°,且小球与两极板不接触.第二次充电使电容器正极板增加的电荷量△Q为2Q

点评 本题考查平行板电容器的电场中电场力、电场强度和电势差的关系等,关键结合平衡条件列式求解

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