题目

题型：不详难度：来源：

电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测得的。密立根油滴实验的原理如图所示：两块水平放置的平行金属板与电源相连接，上板带正电，下板带负电，油滴从喷雾器喷出后，由于与喷嘴摩擦而带负电，油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入（可认为初速度为0）平行金属板间，落到两板之间的匀强电场中。在强光照射下，观察者通过显微镜观察油滴的运动。
从喷雾喷出的小油滴可以视为球形，小油滴在空气中下落时受到的空气阻力f大小跟它下落的速度v的大小的关系是：f=6πηrv，式中r为油滴半径，η为粘滞系数。设重力加速度为g，不考虑油滴的蒸发。

（1）实验中先将开关断开，测出小油滴下落一段时间后达到匀速运动时的速度v₁，已知油的密度为ρ，空气的密度为ρ′，粘滞系数为η，试由以上数据计算小油滴的半径r；
（2）待小球向下运动的速度达到v₁后，将开关闭合，小油滴受电场力作用，最终达到向上匀速运动，测得匀速运动的速度v₂，已知两金属板间的距离为d，电压为U。试由以上数据计算小油滴所带的电荷量q；
（3）大致（不要求精确的标度）画出油滴从进入平行金属板到向上匀速运动这段过程中的v—t图像（设竖直向下为正方向）。

答案

（1） （2）
（3）

解析

试题分析：（1）小油滴向下匀速运动，重力和空气阻力、空气浮力达到平衡
有：（4分）
得：（2分）
（2）小油滴在电场中向上匀速运动，重力、空气阻力和电场力、空气浮力达到平衡
有：  （4分）
得：  （2分）
（3）小油滴先在重力、浮力、空气阻力的作用下向下做加速度减小的加速运动；闭合开关后有了向上的电场力，接着向下做加速度增大的减速直到速度较小为零，然后向上做加速度减小的加速运动，最后向上匀速。如右图所示：（4分：图线形状<含方向>2分、速度临界线2分）