如图所示,ε1=3V,r1=0.5Ω,R1=R2=5.5Ω,平行板电容器的两板距离d=1cm,当电键K接通时极板中的一个质量m=4×10-3g,电量为q=1.0
题型:不详难度:来源:
如图所示,ε1=3V,r1=0.5Ω,R1=R2=5.5Ω,平行板电容器的两板距离d=1cm,当电键K接通时极板中的一个质量m=4×10-3g,电量为q=1.0×10-7C的带电微粒恰好处于静止状态。求:
(1)K断开后,微粒向什么方向运动,加速度多大? (2)若电容为1000pF,K断开后,有多少电量的电荷流过R2? |
答案
(1)带电粒子将以6.875m/s2的加速度向下做匀加速运动(2)有总量为2.75×10-9(C)的电子从R2由下至上流过 |
解析
【错解分析】错解:当电键K接通电路稳定时、电源ε1和ε2都给电容器极板充电,所以充电电压U=ε1+ε2。 带电粒子处于平衡状态,则所受合力为零, F-mg=0
ε2=U-ε1=1(v) 当电键K断开后,电容器上只有电源 给它充电,U′=ε2。
即带电粒子将以7.5m/s2的加速度向下做匀加速运动。 又 Q1=CU=103×10-12×4=4×10-9C Q′=CU′=103×10-12×1=1×10-9C △Q=Q-Q′=3×10-9C 极板上电量减少3×10-9C,也即K断开后,有电量为3×10-9C的电荷从R2由下至上流过。 在直流电路中,如果串联或并联了电容器应该注意,在与电容器串联的电路中没有电流,所以电阻不起降低电压作用(如R2),但电池、电容两端可能出现电势差,如果电容器与电路并联,电路中有电流通过。电容器两端的充电电压不是电源电动势ε,而是路端电压U。 【正解】(1)当K接通电路稳定时,等效电路图如图所示。
ε1、r1和R1形成闭合回路,A,B两点间的电压为:
电容器中带电粒子处于平衡状态,则所受合力为零, F-mg=0
在B,R2,ε2,C,A支路中没有电流,R2两端等势将其简化,U+ε2=UAB,ε2=U-UAB=1.25V 当K断开电路再次达到稳定后,回路中无电流电路结构为图所示。
电容器两端电压U′=ε2=1.25V
即带电粒子将以6.875m/s2的加速度向下做匀加速运动。 (2)K接通时,电容器带电量为Q=CU=4×1O-9C K断开时,电容器带电量为Q′=CU′=1.2×10-9(C) △Q=Q—Q′=2.75×10-9C 有总量为2.75×10-9(C)的电子从R2由下至上流过。 【点评】本题考查学生对电容器充放电物理过程定性了解程度,以及对充电完毕后电容所在支路的电流电压状态是否清楚。学生应该知道电容器充电时,随着电容器内部电场的建立,充电电流会越来越小,电容器两极板间电压(电势差)越来越大。当电容器两端电压与电容器所并联支路电压相等时充电过程结束,此时电容器所在的支路电流为零。 根据这个特点学生应该会用等势的方法将两端等势的电阻简化,画出等效电路图,进而用电路知识解决问题。 |
举一反三
如图所示,电灯悬挂于两墙壁之间,更换水平绳OA使连接点A向上移动,而保持O点的位置不变,则A点向上移动时( )
A.绳OA的拉力逐渐减小 | B.绳OA的拉力先减小后增大 | C.绳OB的拉力逐渐增大 | D.绳OB的拉力先增大后减小 |
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如图所示柱体A的横截面是圆心角为/2的扇形面,其弧形表面光滑,而与地面接触的下表面粗糙。在光滑竖直墙壁与柱体之间放置一质量为m的球体,系统处于平衡状态。若使柱体向右移动少许,系统仍处于平衡状态,则
A.球对墙的压力增大 | B.柱体与球之间的作用力减小 | C.柱体所受的摩擦力减小 | D.柱体对地面的压力增大 |
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如图所示,绳OA、OB悬挂重物于O点,开始时OA水平.现缓慢顺时针旋转OA绳至竖直状态,在此过程中O点的位置保持不变,则
A.绳OA的拉力逐渐减小 B.绳OA的拉力逐渐增大 C.绳OA的拉力先变大,后变小 D.绳OA的拉力先变小,后变大 |
如图所示,两完全相同的小球M和N放在竖直挡板和固定斜面间,处于静止状态。现逆时针缓慢转动挡板,在挡板缓慢转动到与斜面垂直的过程中(不计一切摩擦),下列判断中正确的是
A.N球对斜面的压力不变 | B.M球对挡板的压力逐渐减小 | C.M、N两球间的弹力逐渐增大 | D.M球对斜面的压力逐渐减小 |
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如图所示,重物的质量为m,轻细线AO和BO的A、B端是固定的,平衡时AO是水平的,BO与水平面的夹角为,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是( )
A.F1="mgcos" B.F1="mgcot" C.F2="mgsin" D.F2=mgtan |
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