题目内容
1.(1)D板最终可达到多高的电势?
(2)设液滴的电量是A板所带电量的a倍(a=0.02),A板与 B板构成的电容器的电容为C0=5×10-12F,U0=1000V,m=0.02g,h=d=5cm.试计算D板最终的电势值;
(3)如果电键S不是始终闭合,而只是在第一个液滴形成前闭合一下,随即打开,其他条件与(2)相同.在这种情况下,D板最终可达到电势值为多少?说明理由.
分析 (1)对液滴由A到D过程应由动能定理可以求出D板的电势.
(2)求出电容器的电荷量,根据题目给出的数据求出D板最终的电势值.
(3)求出液滴到达D板时的动能,根据液滴的动能分析液滴下落情况,然后求出D板的电势值.
解答 解:(1)当液滴到达D板后,D板电势升高,液滴在AB间做加速运动,
随D板的液滴数目不断增多,液滴到达D板速度为零时,D板则势达到了最大值.
设D板最高电势为U,由动能定理可得:mg(h+d)+qU0-qU=0-0,解得:U=U0+$\frac{mg(h+d)}{q}$;
(2)A板的电荷量为:QA=C0U0,
电势:U=U0+$\frac{mg(h+d)}{a({C}_{0}{U}_{0})}$=1000+$\frac{0.02×1{0}^{-3}×10×(0.05+0.05)}{0.02×5×1{0}^{-12}×1000}$=2.01×105V;
(3)U至多等于A板电荷全都到D板时D板的电势值.由于h=d,B、D板间的电容也是C0,
故U至多应为U0,问题是U能否达到U0.当D板电势为U时,A板电势为:U0′=U0-U,
到达D板液滴的动能:EK=mg(h+d)+(qU0′-qU)>mg(h+d)-qU>mg(h+d)-qmU0=mg(h+d)-aC0U02,
其中:qm=aC0U0,是q的最大值,即第一个液滴的带电荷量.
解得:mg(h+d)-aC0U02=2×10-5-10-13×106>0,
可见Ek>0,液滴一直往下滴,直至A板上电荷量全部转移到D板.
所以:U=U0=1000V;
答:(1)D板最终可达到的电势为U0+$\frac{mg(h+d)}{q}$;
(2)D板最终的电势值为2.01×105V;
(3)由于液滴一直往下滴,直至A板上电荷量全部转移到D板,在这种情况下,D板最终可达到电势值为1000V.
点评 液滴到达D板后液滴所带电荷被D板吸收,D板电势升高,随电荷量增加,D的电势越来越高,当液滴不再到达D板时D的电势不再变化,达到终极值;本题考查了求电势问题,分析清楚液滴的运动过程是解题的前提与关键,应用动能定理可以解题.
| A. | 两个力的合力,大小一定大于任意一个分力 | |
| B. | 两个力的合力,大小不可能等于其中某一个分力 | |
| C. | 两个力的夹角在0~180°之间变化,夹角越大,其合力也越大 | |
| D. | 两个力的合力有可能小于其中任意一个分力 |