(1)第一个液滴到达D板时的速度为多少?
(2)D板最终可达到多高的电势?
(3)设液滴的电荷量是A板所带电量的α倍(α=0.02),A板与B板构成的电容器的电容为C0=5×10-12F,E0=1000V,m=0.02g,h=d=5cm。试计算D板最终的电势值。(g=10m/s2)
(4)如果开关S不是始终闭合,而只是在第一个液滴形成前闭合一下,随即打开,其它条件与(3)相同。在这种情况下,设想第n滴液滴能落至D板,则当第n滴液滴刚刚下落的时刻,D板的电势多高?D板最终可达到多高的电势?
(1)
(2)
(3)1000V
(1)设第一个液滴到达D板时的速度为v,由动能定理
①
得
②
(2)当D板电势为
时,液滴到达D板的动能为
③
令
得
④
(3)
⑤
(4)D板的电势主要取决于D板的带电量,当第(n-1)滴液滴落至D板后,D板的带电量为(A板总电量减去A板剩余电量)
⑥
故当第n滴液滴刚刚下落的时刻,D板的电势为
V ⑦
显然当n→∞时,
V,即D板最终的电势为1000V。
但是这里的问题是,是不是所有的液滴都能到达D板,这里必须进行鉴定。由于D板电势最高不能超过1000V,所有的液滴的电量都不超过
(即第一滴液滴的电量),若电量为
的液滴在D板电势为1000V时都能到达D板,那么其它的液滴(即所有的液滴)必定能到达D板。对这样的情形,根据动能定理
代入数据,显然有
⑧
这说明液滴可以一直滴下去,直至A板上所有的电荷都转移到D板,即D板最终的电势可达1000V。
得
(2)当D板电势为
令
(3)
(4)D板的电势主要取决于D板的带电量,当第(n-1)滴液滴落至D板后,D板的带电量为(A板总电量减去A板剩余电量)
故当第n滴液滴刚刚下落的时刻,D板的电势为
显然当n→∞时,
但是这里的问题是,是不是所有的液滴都能到达D板,这里必须进行鉴定。由于D板电势最高不能超过1000V,所有的液滴的电量都不超过
代入数据,显然有
这说明液滴可以一直滴下去,直至A板上所有的电荷都转移到D板,即D板最终的电势可达1000V。