Question

帶有等量異種電荷的兩個平行金屬板A和B水平放置，相距d （d遠小于板的長和寬），
一個帶正電的油滴M懸浮在兩板的正中央，處于平衡，油滴的質量為m，帶電量為q，如
圖所示．在油滴的正上方距A板d處有一個質量也為m的帶電油滴N，油滴N由靜止釋放后，可以穿過A板上的小孔，進入兩金屬板間與油滴M相碰，并立即結合成一個大油滴．整個裝置處于真空環境中，若不計油滴M和N間的庫侖力和萬有引力以及金屬板本身的厚度，問
（1）兩個金屬板A、B間的電壓是多少？哪板電勢較高？
（2）若結合成的大油滴（可視為質點）恰好不與金屬板B相碰．指出油滴N帶何種電荷，并求油滴N的帶電量？

Answer 1

【答案】分析：（1）對油滴M，進行受力分析，由平衡條件列式即可求解；
（2）N帶正電，設帶電量為Q．設N與M碰前的速度為v₁，由動能定理列式，M，N相碰后結合成一個大油滴時，大油滴速度為v，由動量守恒定律列式，結合成的大油滴恰好不與金屬板B相碰的臨界條件是：大油滴運動到金屬板B時速度為0，由動能定理列式，聯立方程即可求解．
解答：解：（1）設兩個平行金屬板A和B間的電場強度為E，
對油滴M，其受力如圖所示，由平衡條件，有
qE=mg
又E=
可得金屬板A、B間的電壓 U=
B板電勢較高
（2）N帶正電，設帶電量為Q．
設N與M碰前的速度為v₁，由動能定理，有
mg-QE= ①
M，N相碰后結合成一個大油滴時，大油滴速度為v，由動量守恒定律，得
mv₁=2mv ②
結合成的大油滴恰好不與金屬板B相碰的臨界條件是：大油滴運動到金屬板B時速度為0，由動能定理，得
2mg-（Q+q）E=0- ③
由①②③得Q=
答：（1）兩個金屬板A、B間的電壓是，B板電勢較高；
（2）若結合成的大油滴（可視為質點）恰好不與金屬板B相碰．油滴N帶正電荷，油滴N的帶電量為．
點評：本題主要考查了動能定理、動量守恒定律的直接應用，要知道結合成的大油滴恰好不與金屬板B相碰的臨界條件是：大油滴運動到金屬板B時速度為0，難度適中．