1. 如图所示,一平行板电容器水平放置,板间
距离为d,上极板开有一小孔,质量均为m、带电荷量均为+q的两个带电小球(视为质点),其间用长为l的绝缘轻杆相连,处于竖直状态,已知d=2l,今使下端小球恰好位于小孔正上方距离为d处,由静止释放,让两球竖直下落。
当下端的小球到达下极板时,速度刚好为零。
(已知静电
常数为k)试
求:
(1)两极板间
匀强电场的
电场强度;
(2)两球运动
过程中的最
大速度大
小;
(3) 下球刚
进入电场时
杆中弹力。
【解析】:(1)两球由静止开始下落到下端的小球到达下极板的过程中,由动能定理得
4mgd-Eqd-Eq(d-l)=0(2分)
解得E=方向竖直向上(1分)
(2)两球由静止开始下落至下端小球恰好进入小孔时两球达到最大速度,此过程利用动能定理得
2mgd=(1分)解得v=(1分)
(3) 下球刚进入电场时整体加速度为
a==方向竖直向上,(2分)
取上球为研究对象,杆对小球的作用力为F
F+=ma(2分)
杆中弹力
=—(若>表示杆中为压力,若<0表示杆中为拉力。
)(2分)2. 如图所示,
水平放置的平
行板电容器,两
板间距为
d=8cm,板长为
L=25cm,接在
直流电源上,有
一带电液滴以
v0=0.5m/s的初速度从板间的正中央水平射入,恰好做匀速直线运动,当它运动到P处时迅速
将下板向上提起cm,液滴刚好从金属板末端飞出,求:
(1)将下板向上提起后,液滴的加速度大小;(2)液滴从射入电场开始计时,匀速运动到P 点所用时间为多少?(g取10m/s2)
【解析】:(1)带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力,因为液滴匀速运动,所以有:
当下板向上提后,d减小,E增大,电场力增大,故液滴向上偏转,在电场中做类平抛运动.
此时液滴所受电场力
.
(2)因为液滴刚好从金属末端飞出,所以液滴
在竖直方向上的位移是
设液滴从P点开始在匀强电场中飞行的时间为
,
而液滴从刚进入电场到出电场的时间所以液滴从射入开始匀速运动到P点时间为【答案】(1)(2)0.3s。