物理学家密立根1911年曾以著名的油滴实验推断出自然界存在基元电荷,并推算出基元电荷的带电量。下面让我们追溯这个实验过程,并提出问题。

    如图所示,两块水平放置的平行金属板间距离为d,油滴从喷雾器的喷嘴喷出时,由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中,在重力作用下,少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间。油滴所受空气的浮力远小于重力,可以忽略。当平行金属板间没加电压时,由于空气阻力与速度大小成正比(设比例系数为常数k,且k>0),经过一短时间,即可观察到质量为m的带电油滴以恒定的速率v1在空气中缓慢降落。

(1) 若在平行金属板间加电压U(上极板为正),可见到油滴以恒定速率v2缓慢上升。设重力加速度为g,试求油滴所带电量q(用dUkvlv2等已知量表示)。

(2) 若平行金属板间不加电压,油滴在两板间以恒定速率v1下降时,移动某一竖直距离所需时间为t1;加了电压U后,油滴以恒定速率v2上升同一竖直距离所需时间为t2,则油滴的带电量可表示为。试用已知量dgUt1及油滴质量m来表示A的表达式。

(3) 若这时把加在平行金属板间的电压撤除,使油滴以恒定速率下降一段距离;然后向平行金属板间照射X射线,改变油滴的带电量后,又在平行金属板间加上电压U,测定该油滴匀速上升同一竖直距离的时间t2。依此类推,多次实验的结果表明总是0.00535s-1的整数倍。由此可推论:自然界中一定存在基元电荷。已知该实验中测得的一组数据如下:d=2.0´10-2m,m=3.2´10-16kg,t1=11.9s,U=25V,并取g=9.8m/s2,试由此计算基元电荷的带电量(取两位有效数字)。

斜拉索桥比梁式桥具有更大的跨越能力,是现代大跨径桥梁的重要结构形式,桥的斜拉悬索主要承受拉力。某校研究性学习小组的同学们很想知道斜拉索桥的悬索能承受的最大拉力,但由于悬索很长,抗断拉力又很大,直接测量很困难,同学们则取来了同种材料制成的样品进行实验探究。

由胡克定律可知,在弹性限度内,弹簧的弹力F与形变量x成正比,其比例系数与弹簧的长度、横截面积及材料有关。因而同学们猜想,悬索可能也遵循类似的规律。

① 同学们通过游标卡尺测样品的直径来测定其截面积,某次测量的结果如图所示,则该样品的直径为           

② 同学们准备象《探究弹簧弹力与弹簧伸长量之间关系》的实验一样将样品竖直悬挂,再在其下端挂上不同重量的重物,来完成本实验。但有同学说悬索的重力是不可忽略的,为了避免悬索所受重力对实验的影响,你认为可行的措施应该是:                                                       

                                                                 

③ 经过同学们充分的讨论,不断完善实验方案后进行实验。最后实验取得数据如下:

分析样品C的数据可知,其所受拉力F(单位N)与伸长量x(单位m)之间遵循的函数关系式是F=                  

对比各样品的实验数据可知,悬索受到的拉力与悬索的伸长量成正比,其比例系数与悬索长度          成正比、与悬索的横截面积         成正比。

 0  43202  43210  43216  43220  43226  43228  43232  43238  43240  43246  43252  43256  43258  43262  43268  43270  43276  43280  43282  43286  43288  43292  43294  43296  43297  43298  43300  43301  43302  43304  43306  43310  43312  43316  43318  43322  43328  43330  43336  43340  43342  43346  43352  43358  43360  43366  43370  43372  43378  43382  43388  43396  176998 

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