问题 计算题

如图所示,四个电阻阻值均为R,电键S闭合时,有一质量为m,带电量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的中点。现打开电键S,这个带电小球便向平行板电容器的一个极板运动,并和此板碰撞,碰撞过程中小球没有机械能损失,只是碰后小球所带电量发生变化,碰后小球带有和该板同种性质的电荷,并恰能运动到另一极板,设两极板间距离为d,不计电源内阻,求:

(1)电源电动势E多大?

(2)小球与极板碰撞后所带的电量q'为多少?

答案

解:(1)当S闭合时电容器电压为U,U=(E/1.5R)×R=(2/3)E ①

对带电小球受力分析得

解得

(2)断开S,电容器电压为U',则:U=(E/2R)×R=(1/2)E ④

对带电小球运动的全过程,根据动能定理得:

解得

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