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相关例题:
题目:一个带电的平行板电容器,板间距离为d,充电后断开电源。现在有一个带电量为q的小物体从电容器中一个板附近自由下落,请问哪些电荷会被过滤掉?
解题思路:
1. 首先,我们需要知道带电物体在电容器中受到的电场力。这个力是由电容器中的电荷产生的,因此我们需要先求出电容器中电荷分布的情况。
2. 根据电荷分布情况,我们可以计算出物体下落时受到的电场力大小和方向,从而确定哪些电荷会被过滤掉。
3. 根据库仑定律,我们可以列出物体受到的电场力表达式,并求解出电荷分布情况。
答案:
根据题意,带电量为q的小物体从电容器中一个板附近自由下落。由于电容器充电后断开电源,因此电容器中的电荷分布是稳定的。
根据电荷守恒定律,物体下落时受到的电场力是由电容器中的电荷产生的。因此,我们需要求出电容器中电荷分布的情况。
假设电容器中正、负电荷均匀分布,根据电荷守恒定律可得:$q = \frac{Q}{2}$,其中Q为电容器中的总电荷量。
根据高斯定律,可以求出电场强度E的大小和方向。由于物体下落时受到的电场力是沿着电场方向的,因此只需要考虑平行板电容器一侧的电场强度即可。
根据高斯定律和库仑定律,可以列出物体受到的电场力表达式:$F = qE = k\frac{q^2}{r^2}$,其中r为物体到电场边缘的距离。
由于物体下落时受到的电场力是由电容器中的电荷产生的,因此物体下落时只会受到平行于板面的电场力,而垂直于板面的方向上不受力。因此,只需要考虑平行板电容器一侧的电场强度即可。
根据电荷分布情况,可以得出物体下落时受到的电场力方向和大小。由于物体下落时受到的电场力是沿着电场方向的,因此物体下落时只会受到平行于板面的一个方向的力,而不会受到垂直于板面的方向的力。因此,不需要过滤掉任何电荷。
总结:这个例题可以帮助学生们理解如何过滤掉不需要的电荷,并掌握如何根据电荷分布情况求解物体受到的电场力。通过这个例题,学生们可以更好地掌握高中物理中的静电学部分知识。
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