Question

（5分）某研究性學習小組設計了圖示實驗裝置測量物體帶電荷量的方法。圖中小球是一個外表面鍍有金屬膜的空心塑料球，用絕緣絲線懸掛于O點，O點固定一個可測量絲線偏離豎直方向角度的量角器，M、N是兩塊相同的、正對著平行放置的金屬板(加上電壓后其內部電場可視為勻強電場) ，另外還要用到的器材有天平、刻度尺、電壓表、直流電源、開關、滑動變阻器及導線若干。當地的重力加速度為g。

（1）用天平測出小球的質量m，按圖所示進行器材的安裝，并用刻度尺測出M、N板之間的距離d，使小球帶上一定的電荷量
（2）請在圖中的虛線框內畫出實驗所用的電路圖 (電源、開關已畫出)
（3）閉合開關，調節滑動變阻器滑動片的位置，讀出多組對應的電壓表的示數U和絲線的偏轉角度α
（4）以電壓U為縱坐標，以_______為橫坐標作出過原點的直線，求出直線的斜率k
（5）小球的帶電荷量q=_________，（用m、d、k等物理量表示）

Answer 1

（2）如圖所示

（4）tanα
（5）mgd/k

試題分析：（2）實驗要求測量多組數據，最好把滑動變阻器接成分壓式，為了測量MN極板的電壓，電壓表需要與兩極板并聯；（4）對帶電小球受力分析，小球受到沿細線向上的拉力T、豎直向下的重力G和水平向左的電場力F，由于小球處于平衡狀態，有F=Gtanα，即qu/d=mgtanα，則u=mgdtanα/q。（5）圖像的斜率k= mgd/q，則q= mgd/k。