如图所示,水平放置的两平行金属板A、B相距为d,电容为C,开始时两极板均不带电,A板接地且*有一小孔,现将带电液一滴一滴地从小孔正上方h高处无初速地滴下,设每滴液滴的质量为m,电荷量为q,落到B板后把电荷全部传给B板.(l)第几滴液滴将在A、B间做匀速直线运动?(2)能够到达B板的液滴不会超过多少滴?

问题描述:

如图所示,水平放置的两平行金属板A、B相距为d,电容为C,开始时两极板均不带电,A板接地且*有一小孔,现将带电液一滴一滴地从小孔正上方h高处无初速地滴下,设每滴液滴的质量为m,电荷量为q,落到B板后把电荷全部传给B板.
(l)第几滴液滴将在A、B间做匀速直线运动?
(2)能够到达B板的液滴不会超过多少滴?

(1)设第n滴恰在A、B间做匀速直线运动,则这时电容器的带电量为(n-1)q,对第n滴液滴,根据它的受力平衡得:
qE=mg,
而:E=

U
d
Q
Cd
(n−1)q
Cd

解得:n=
mgCd
q2
+1

(2)设第n′滴恰能到达下板,则对第n′滴,考虑它从开始*下落至恰到达B板的过程,利用动能定理得:
mg(h+d)−q•
(n′−1)q
C
=0−0

解得:n′=
mgC(h+d)
q2
+1

若以具体数据代入计算时n′不是整数,则n′应取整丢零.
答:(l)第
mgCd
q2
+1
滴液滴将在A、B间做匀速直线运动;
(2)能够到达B板的液滴不会超过n′=
mgC(h+d)
q2
+1
滴.
答案解析:(1)设第n滴液滴在A、B板间做匀速直线运动时,重力与电场力平衡,由E=
U
d
,U=
Q
C
,Q=(n-1)q,结合求解n.
(2)油滴不断从小孔滴下并附着到下板上,上下板之间就形成了电势差,也就形成了匀强电场,设最终有x个油滴可以打到下板上,即第x个油滴到达下极板时速度正好等于0,以后的油滴就不会打到板上了,根据动能定理即可求解.
考试点:带电粒子在匀强电场中的运动;电容器的动态分析.
知识点:本题主要考查了动能定理在电场中的应用,要知道当油滴滴到下极板时速度刚好为零,下面的油滴就不能滴到下极板上.