Question

如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為10V，內(nèi)電阻為0.5Ω，Ｒ₁＝5.5Ω，Ｒ₂＝4Ω，當(dāng)S閉合時(shí)，一帶電油滴恰好靜止在水平放置的平行金屬板間。求S斷開時(shí)，油滴的加速度為多大？方向如何？取g=10

Answer 1

a=1.5g=15m/s²，方向：豎直向上

分析：當(dāng)S閉合時(shí)，電容器與R₂并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律得到電容器的電壓與電源電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系．由油滴靜止，根據(jù)平衡條件得到，重力與板間電壓的關(guān)系．S斷開時(shí)，電路中沒有電流，板間電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)牛頓第二定律得到加速度與板間電壓的關(guān)系，再聯(lián)立求解加速度的大�。�由于板間電壓增大，場(chǎng)強(qiáng)增大，油滴的加速度方向向上．
解答：解：當(dāng)S閉合時(shí)，電容器與R₂并聯(lián)
U₁= R₂E/(R₁+R₂+r)=0.4E
對(duì)油滴靜止，由平衡條件：mg= U₁q/d，得到mg=0.4qE/d
當(dāng)S斷開時(shí)，電容器與電源并聯(lián)U₂=E
對(duì)油滴，由牛頓第二定律：U₂q/d-mg=ma，得到2.5mg-mg=ma
得a=1.5g=15m/s²，方向向上．
答：S斷開時(shí)，油滴的加速度為15m/s²，方向向上．
點(diǎn)評(píng)：本題是電路與電場(chǎng)、力學(xué)知識(shí)的綜合，考查處理綜合題的能力．電容器的電壓與所并聯(lián)電路的電壓相等．電路穩(wěn)定后，電容器所在電路電流為零，其電壓等于所在電路兩端的電壓．