Question

某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的裝置來(lái)測(cè)量物體的帶電量：外表面鍍有金屬膜的空心塑料小球（帶電后可看作點(diǎn)電荷），用絕緣絲線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)固定著一個(gè)可測(cè)量絲線偏離豎直方向角度θ的量角器，M、N是兩塊相同的、正對(duì)著的平行放置的金屬板（加上電壓后其內(nèi)部電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)）．小球的質(zhì)量為m，M、N板之間的距離為d．
（1）使小球帶上一定量的負(fù)電荷后閉合電鍵，絲線將向

M

板偏轉(zhuǎn)（選填“M”或“N”）；
（2）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的滑片，讀出多組相應(yīng)的電壓表的示數(shù)U和絲線的偏轉(zhuǎn)角度θ．為得到小球的帶電量，可以以電壓U為橫坐標(biāo)，以

tanθ

為縱坐標(biāo)作出過(guò)原點(diǎn)的直線，求出直線的斜率k．
（3）小球的帶電量q=

mgd

k

．（用m、d、k等物理量表示）

Answer 1

分析：以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，分析受力情況，根據(jù)平衡條件以及電場(chǎng)強(qiáng)度與板間電壓的關(guān)系式得出電壓U與θ的關(guān)系式，再選擇橫坐標(biāo)，求出斜率k，并求出小球的帶電量．

解答：解：（1）閉合電鍵后M板帶正電，電場(chǎng)強(qiáng)度由M指向N，當(dāng)小球帶負(fù)電荷時(shí)，受到指向M的電場(chǎng)力，所以絲線將向M板偏轉(zhuǎn)；
（2）對(duì)小球受力分析，設(shè)細(xì)線與豎直方向的夾角為θ，根據(jù)平衡條件有
   tanθ=

F

mg

又有F=qE=

qU

d

聯(lián)立解得，U=

mgd

q

tanθ=ktanθ，所以應(yīng)以tanθ為橫坐標(biāo)．
（3）由上可知k=

mgd

q

，則小球的帶電量為q=

mgd

k

故答案為：（1）M（2）tanθ（3）

mgd

k

點(diǎn)評(píng)：本題是力電綜合題，其聯(lián)系的紐帶是電場(chǎng)力，既與力學(xué)知識(shí)有聯(lián)系，又與電場(chǎng)知識(shí)有聯(lián)系．