如图,一质量不计,可上下自由移动的活塞将理想气体封闭在圆筒内,筒的侧壁为绝缘体,下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积S=2cm2.闭合电键前,DM间距l1

如图,一质量不计,可上下自由移动的活塞将理想气体封闭在圆筒内,筒的侧壁为绝缘体,下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积S=2cm2.闭合电键前,DM间距l1

题型:不详难度:来源:
如图,一质量不计,可上下自由移动的活塞将理想气体封闭在圆筒内,筒的侧壁为绝缘体,下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积S=2cm2.闭合电键前,DM间距l1=5μm,闭合电键后,活塞D与下底M分别带有等量异种电荷,并各自产生匀强电场(D与M间的电场为各自产生的电场的叠加).在电场力作用下活塞D发生移动.稳定后,DM间距l2=4μm,此时安培表读数为0.75A,伏特表读数为2V.
(1)求出活塞受到的电场力大小F(大气压强p0=1.0×105Pa,活塞移动前后气体温度不变);
(2)求出活塞D所带电量q;
(3)一段时间后,一个电阻发生故障,安培表读数变为0.8A,伏特表读数变为3.2V,请判断是哪个电阻发生了故障?是短路还是断路?筒内气体压强变大还是变小?
(4)已知R3=4Ω,能否求出R1、电源电动势E和内阻r的阻值?如果能,求出结果,如果不能,说明理由.魔方格
答案
(1)筒内气体发生等温变化,则有  p0l1=p1l2
解得  p1=5p0/4=1.25×105Pa
活塞受到的气体压强差为:△p=p1-p0=2.5×104Pa
活塞受力平衡,则活塞所受的电场力大小:F=△pS=5N
(2)D与M间的电场强度:E=
U
l2
=5×105V/m
因为E是D与M所带的等量异种电荷产生的合场强,所以M所产生的场强:EM=
1
2
E
EM=
F
q
,得q=
F
EM
=2×10-5C
(3)R2断路;D与M间的电压增大,活塞受到的电场力增大,活塞向下移动,筒内气体压强变大.       
(4)R2断路后,伏特表的读数就是R1两端的电压,因此有:R1=
U2
I2
=4Ω






E=U2+I2(r+R4)

可得:





E=4V

因为R4未知,所以不能求出r的值   
答:
(1)活塞受到的电场力大小F为5N;
(2)活塞D所带电量q是2×10-5C;
(3)R2断路;D与M间的电压增大,活塞受到的电场力增大,活塞向下移动,筒内气体压强变大.
(4)已知R3=4Ω,能求出R1,R1是4Ω.能求出电源电动势E,不能求出内阻r.
举一反三
如图所示,A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个正六边形的六个顶点,A、B、C三点的电势分别为1V、3V、4V.则下列说法中正确的是(  )
A.D、E、F三点的电势分别为4V、3V、1V
B.电荷量为2×10-8C的正点电荷在D点的电势能为1.0×10-7J
C.将电荷量为2×10-8C的正点电荷从E点移到F点,电场力做功为4×10-8J
D.将电荷量为2×10-8C的负点电荷从F点移到A点,电荷的电势能减少2×10-8J
魔方格
题型:上海模拟难度:| 查看答案
电偶极子模型是指一对电荷量为q、相距为d的正负点电荷组成的电结构,电偶极子的方向为负电荷指向正电荷,用图甲所示的矢量表示.科学家在描述某类物质的电性质时,认为该物质是由大量的电偶极子组成的,平时由于电偶极子都在做无规则的热运动,且排列方向杂乱无章,因而该物质不显示带电的特性.当加上外电场后,电偶极子绕其中心转到最后趋向于沿外电场方向排列,图乙中的电偶极子在场强为E的电场作用下处于平衡状态后,电偶极子的方向与外电场方向的夹角β和此过程中一个电偶极子的电势能变化最大值△ε为(  )
A.β=0△ε=qdEB.β=π△ε=-2qdE
C.β=0△ε=-qdED.β=π△ε=2qdE
魔方格
题型:眉山模拟难度:| 查看答案
两个相距很近的等量异种点电荷组成的系统称为电偶极子.设相距为l,电荷量分别为+q和-q的点电荷构成电偶极子,如图所示.取二者连线方向为y轴方向,中点O为原点,建立如图所示的xOy坐标系,p点距坐标原点O的距离为r(r>>l),p、O两点间的连线与y轴正方向的夹角为θ,设无穷远处的电势为零,p点的电势为φ,真空中静电力常量为k.下面给出φ的四个表达式,其中只有一个是合理的.你可能不会求解p点的电势φ,但是你可以通过一定的物理分析,对下列表达式的合理性做出判断.根据你的判断,φ的合理表达式应为(  )
A.φ=
kqlsinθ
r
B.φ=
kqrcosθ
l2
C.φ=
kqlcosθ
r2
D.φ=
kqlsinθ
r2
魔方格
题型:海淀区模拟难度:| 查看答案
图所示的匀强电场场强为103N/C,ab=dc=4cm,ac=bd=3cm.则下述计算结果正确的是(  )
A.ab之间的电势差为40V
B.ac之间的电势差为50V
C.将q=-5×10-3C的点电荷沿矩形路径abdc移动一周,电场力做功为零
D.将q=-5×10-3C的点电荷沿abd或acd从a移动到d,电场力做功都是-0.20J
魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
(1)在地面上空中有方向未知的匀强电场,一带电量为-q的小球以某一速度由M点沿如图所示的轨迹运动到N点.
魔方格
由此可知______
A.小球所受的电场力一定大于重力
B.小球的动能、电势能和重力势能之和保持不变
C.小球的机械能保持不变
D.小球的动能一定减小
(2)一束初速不计的电子流在经U=5000V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若板间距离d=1.0cm,板长l=5.0cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?

魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
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