如图,一平行板电容器的两个极板竖直放置,在两极板间有一带电小球,小球用一绝缘轻线悬挂于O点.先给电容器缓慢充电,使两级板所带电荷量分别为﹢Q和-Q,此时悬线与竖直方向的夹角为π6.再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增加到π3,且小球与两极板不接触.求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量.

问题描述:

如图,一平行板电容器的两个极板竖直放置,在两极板间有一带电小球,小球用一绝缘轻线悬挂于O点.先给电容器缓慢充电,使两级板所带电荷量分别为﹢Q和-Q,此时悬线与竖直方向的夹角为

π
6
.再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增加到
π
3
,且小球与两极板不接触.求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量.

设电容器的电容为C,第一次充电Q后,电容器两极板间电势差U1=QC,两板间为匀强电场,场强E1=U1d,设电场中小球带电量为q,则所受电场力F1=qE1小球在电容器中受重力,电场力和拉力平衡,如图所示由平衡条件有:F1=m...
答案解析:对小球受力分析,受重力、电场力和拉力,根据U=Ed、Q=cU、F=qE以及平衡条件分两次列方程后求解出电容器极板电量Q的表达式进行讨论.
考试点:共点力平衡的条件及其应用;力的合成与分解的运用;电场强度.
知识点:本题考查平行板电容器的电场中电场力、电场强度和电势差的关系等,关键结合平衡条件列式求解.