Question

用下面的方法可以測量物體的電荷量．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(nèi)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(guān)、滑動變阻器及導線若干．
簡要的實驗步驟如下：
①用天平測出小球的質(zhì)量m，按圖安裝器材，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按圖連接電路；
③閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑動片的位置，讀出多組相應的電壓表的示數(shù)U和絲線的偏轉(zhuǎn)角度θ；
④以電壓U為橫坐標，tanθ為縱坐標描點，并根據(jù)這些點作出一條過原點的直線，求出直線的斜率k．
（1）若實驗中發(fā)現(xiàn)小球穩(wěn)定時，懸線偏向靠近N板的一側(cè)，這表明小球帶

 

電．
（2）最終求得小球的電荷量q=

 

（用m、g、d和k表示）．

Answer 1

分析：以小球為研究對象，分析受力情況，根據(jù)平衡條件以及電場強度與板間電壓的關(guān)系式得出電壓U與θ的關(guān)系式，再選擇橫坐標，求出斜率k，并求出小球的帶電量．

解答：解：（1）閉合電鍵后M板帶負電，電場強度由N指向M，當小球帶負電荷時，受到指向N的電場力，所以絲線將向N板偏轉(zhuǎn)；
（2）對小球受力分析，設細線與豎直方向的夾角為θ，根據(jù)平衡條件有
tanθ=

F

mg

又有F=qE=

qU

d

聯(lián)立解得，q=mgd

tanθ

U

=mgdk
故答案為：（1）負；（2）mgdk

點評：本題是力電綜合題，其聯(lián)系的紐帶是電場力，既與力學知識有聯(lián)系，又與電場知識有聯(lián)系．