灵鹊做题网一道高二和电容器有关的物理题
来源：学生作业帮 编辑：灵鹊做题网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/27 18:02:48
一道高二和电容器有关的物理题
1、一个大的平行板电容器,水平放置在桌面上,极板N接地,两极板与电源和小指示灯连成如图所示的电路.当闭合开关S后,电容器充电,一质量m、电荷量为―q的绝缘带电颗粒,恰好能吸附在上极板上,小指示灯正常发光.当开关S断开时,下述说法正确的是
A．小指示灯立即熄灭
B．小颗粒立即做自由落体运动
C．小颗粒立即做加速度变大的变加速运动
D．小颗粒的机械能可能先减小,而后守恒
答案是CD,为什么?
1、一个大的平行板电容器,水平放置在桌面上,极板N接地,两极板与电源和小指示灯连成如图所示的电路.当闭合开关S后,电容器充电,一质量m、电荷量为―q的绝缘带电颗粒,恰好能吸附在上极板上,小指示灯正常发光.当开关S断开时,下述说法正确的是
A．小指示灯立即熄灭
B．小颗粒立即做自由落体运动
C．小颗粒立即做加速度变大的变加速运动
D．小颗粒的机械能可能先减小,而后守恒
答案是CD,为什么?
先插了一下图片,然后回答这个问题.
开关闭合时,电容器充电,小颗粒受到的电场力与重力相等,处在平衡状态.当S断开时,电容器通过小指示灯开始放电.
1）电容器放电完成之前,小指示灯上仍有电流通过,依然发光,所以选项A错误.
2）电容器放电完成之前,小颗粒仍受电场力的作用,因此不是自由落体,选项B错误.
3）要得到小颗粒的运动情况,就要对其进行受力分析.小球同时受到重力和电场力的作用,前面已经提到,在S闭合前,电场力是等于重力的,即电场力F=mg.随着电容器放电,电容器的电量越来越小,根据U=Q/C,电容器两侧的电势差U越来越小,又因为E=U/d,电容器中的场强也越来越小,最后由于F=E*q,带电颗粒受到向上的电场力也越来越小.此时小颗粒的加速度为a=g-F/m,F越来越小, 所以加速度越来越大.选项C正确.
4）在本题中,我们关注小颗粒能量的两种形式：1）由于处在电容器产生的电场中而具有的电势能；2）小颗粒的机械能,该能量又由重力势能和动能两部分组成.当开关打开之后,小颗粒开始向下运动,这时发生能量转化.由于电场力是向上的,与运动方向相反,因此电场力做负功,电势能增加.而另一方面,小颗粒向下运动,重力势能减少,动能增加.重力势能与动能的和称为机械能.那么机械能究竟怎么变化呢?根据能量守恒,增加的电势能只能通过减少机械能得到.于是机械能减小.
接下来需要讨论两种情况,第一种是小颗粒在电容器放电完成之前已经到达下极板,这时电场力一直做负功,机械能一直减小.第二种情况是小颗粒还没有抵达下极板之前,电容器已经放电完毕,这时小颗粒只受重力作用,电场力不再做负功功,能量只是从重力势能转化为动能,总的机械能守恒.这正是选项D描述的情况,而且因为不能排除第一种情形,所以仅仅是“可能”发生,选项D的表述是很严密的.
本题电路与受力分析都不复杂,解题的关键在于熟悉各种能量的定义,尤其是机械能与势能,动能的关系以及与电势能之间的转化.
开关闭合时,电容器充电,小颗粒受到的电场力与重力相等,处在平衡状态.当S断开时,电容器通过小指示灯开始放电.
1）电容器放电完成之前,小指示灯上仍有电流通过,依然发光,所以选项A错误.
2）电容器放电完成之前,小颗粒仍受电场力的作用,因此不是自由落体,选项B错误.
3）要得到小颗粒的运动情况,就要对其进行受力分析.小球同时受到重力和电场力的作用,前面已经提到,在S闭合前,电场力是等于重力的,即电场力F=mg.随着电容器放电,电容器的电量越来越小,根据U=Q/C,电容器两侧的电势差U越来越小,又因为E=U/d,电容器中的场强也越来越小,最后由于F=E*q,带电颗粒受到向上的电场力也越来越小.此时小颗粒的加速度为a=g-F/m,F越来越小, 所以加速度越来越大.选项C正确.
4）在本题中,我们关注小颗粒能量的两种形式：1）由于处在电容器产生的电场中而具有的电势能；2）小颗粒的机械能,该能量又由重力势能和动能两部分组成.当开关打开之后,小颗粒开始向下运动,这时发生能量转化.由于电场力是向上的,与运动方向相反,因此电场力做负功,电势能增加.而另一方面,小颗粒向下运动,重力势能减少,动能增加.重力势能与动能的和称为机械能.那么机械能究竟怎么变化呢?根据能量守恒,增加的电势能只能通过减少机械能得到.于是机械能减小.
接下来需要讨论两种情况,第一种是小颗粒在电容器放电完成之前已经到达下极板,这时电场力一直做负功,机械能一直减小.第二种情况是小颗粒还没有抵达下极板之前,电容器已经放电完毕,这时小颗粒只受重力作用,电场力不再做负功功,能量只是从重力势能转化为动能,总的机械能守恒.这正是选项D描述的情况,而且因为不能排除第一种情形,所以仅仅是“可能”发生,选项D的表述是很严密的.
本题电路与受力分析都不复杂,解题的关键在于熟悉各种能量的定义,尤其是机械能与势能,动能的关系以及与电势能之间的转化.