一电路如图所示,电源电动势E=28v,内阻r=2Ω,电阻R 1=12Ω,R 2=R 4=4Ω,R 3=8Ω,C为平行板电容器,其电容C=3.0pF,虚线到两极板距离相等,极板长L=0.20m,两极板的间距d=1.0×10 -2m.
(1)若开关S处于断开状态,则当其闭合后,求流过R 4的总电量为多少?
(2)若开关S断开时,有一带电微粒沿虚线方向以 0=2.0m/s的初速度射入C的电场中,刚好沿虚线匀速运动,问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电场中,能否从C的电场中射出?(要求写出计算和分析过程,g取10m/s 2)
(1)S断开时,电阻R 3两端电压为 U 3 =
R 3
R 2 + R 3 +r E=16V
S闭合后,外阻为 R=
R 1 ( R 2 + R 3 )
R 1 + R 2 + R 3 =6Ω
端电压为 U=
R
R+r E=21V
电阻R 3两端电压为
U ′3 =
R 3
R 2 + R 3 U=14V
则所求流过R 4的总电量为 △Q=C U 3 -C U ′ =6.0×1 0 -12 C
(2)设微粒质量为m,电量为q,当开关S断开时有:
q U 3
d =mg
当开关S闭合后,设微粒加速度为a,则 mg-
q
U ′3
d =ma
设微粒能从C的电场中射出,则水平方向: t=
L
v 0
竖直方向: y=
1
2 a t 2
由以上各式求得: y=6.25×1 0 -3 m>
d
2
故微粒不能从C的电场中射出.
答:(1)若开关S处于断开状态,则当其闭合后,则流过R 4的总电量为6×10 -12C;
(2)若开关S断开时,有一带电微粒沿虚线方向以 0=2.0m/s的初速度射入C的电场中,刚好沿虚线匀速运动,问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电场中,不能从C的电场中射出.
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