Question

11．如圖所示，電路中電源電動(dòng)勢(shì)E=200V，內(nèi)阻r=10Ω，R₁=R₂=60Ω，R為滑動(dòng)變阻器．水平放置的平行金屬板A、B間的距離d=4×10^-3m，金屬板長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.4m．在兩金屬板左端正中間位置M，有一個(gè)小液滴以初速度v₀=10m/s水平向右射入兩板間，已知小液滴的質(zhì)量m=4×10^-5kg，小液滴帶負(fù)電，電荷量q=2×10^-8C．為使液滴能從兩板間射出，求滑動(dòng)變阻器接入電路阻值范圍？重力加速度g=10m/s²．

Answer 1

分析 小液滴受重力和電場(chǎng)力，做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，小液滴恰好從A、B板間飛出時(shí)偏轉(zhuǎn)距離等于$\frac{1}{2}$d，可能向上偏轉(zhuǎn)，也可能向下偏轉(zhuǎn)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解加速度大小；根據(jù)牛頓第二定律、歐姆定律求解滑動(dòng)變阻器接入電路的臨界阻值，即可得到范圍．

解答 解：小液滴做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，恰好從邊緣射出時(shí)，豎直分位移為$\frac{1}{2}$d，根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)公式，水平方向，有：L=v₀t，
豎直分位移：$\fracdb87gil{2}=\frac{1}{2}a{t}^{2}$，
聯(lián)立解得：a=$\frac{d{v}_{0}^{2}}{{L}^{2}}=\frac{4×1{0}^{-3}×1{0}^{2}}{0．{4}^{2}}m/{s}^{2}$=2.5m/s²；
電路穩(wěn)定后，電容器相當(dāng)于斷路，電壓等于滑動(dòng)變阻器的電壓；
討論：
1、如果加速度向上，根據(jù)牛頓第二定律，有：q$\frac{U}nleh1rc$-mg=ma，解得：U=$\frac{m（g+a）d}{q}=\frac{4×1{0}^{-5}×（10+2.5）×4×1{0}^{-3}}{2×1{0}^{-8}}V$=100V；
根據(jù)閉合電路歐姆定律，有：$\frac{U}{R}=\frac{E}{r+R+{R}_{1}}$，
解得：R=70Ω；
2、如果加速度向下，根據(jù)牛頓第二定律，有：mg-q$\frac{U}sruxbui$=ma，解得：U=$\frac{m（g+a）d}{q}=\frac{4×1{0}^{-5}×（10-2.5）×4×1{0}^{-3}}{2×1{0}^{-8}}V$=60V；
根據(jù)閉合電路歐姆定律，有：$\frac{U}{R}=\frac{E}{r+R+{R}_{1}}$，
解得：R=30Ω；
綜合1、2，有：滑動(dòng)變阻器接入電路阻值范圍為30～70Ω；
答：為使液滴能從兩板間射出，滑動(dòng)變阻器接入電路阻值范圍為30～70Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題是力電綜合問(wèn)題，關(guān)鍵是明確電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)閉合電路歐姆定律、類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)公式和牛頓第二定律列式分析．