11.如图所示,开有小孔的平行板水平放置,两极板接在电压大小可调的电源上,用喷雾器将油滴喷注在小孔上方。已知两极板间距为d,油滴密度为ρ,电子电量为e,重力加速度为g,油滴视为球体,油滴运动时所受空气的粘滞阻力大小Ff =6πηrv(r为油滴半径、η为粘滞系数,且均为已知),油滴所带电量是电子电量的整数倍,喷出的油滴均相同,不考虑油滴间的相互作用。
(1)当电压调到U时,可以使带电的油滴在板间悬浮;当电压调到时,油滴能在板间以速度v匀速竖直下行。求油滴所带电子的个数n及油滴匀速下行的速度v ;
(2)当油滴进入小孔时与另一油滴粘连在一起形成一个大油滴,以速度v1(已知)竖直向下进入小孔,为防止碰到下极板,需调整电压,使其减速运行,若将电压调到2U,大油滴运动到下极板处刚好速度为零,求:大油滴运动到下极板处时的加速度及这一过程粘滞阻力对大油滴所做的功。
(1),
(2),竖直向上;
(1)-----①;
-----②;
-----③
联立①②③得:
(2)(ⅰ)----④
联立①④得:,竖直向上
(ⅱ)------⑤
联立①③⑤得:
使带电的油滴在板间悬浮,说明受力平衡,分析受力情况列出方程,油滴能在板间以速度v匀速竖
直下行时,此时要考虑所受空气的粘滞阻力,状态仍为平衡,当结合成大油滴时,根据受力条件依据牛顿第二定律和动能定理进行求解。
对油滴处于不同状态时的受力分析,牛顿第二定律与动能定理的使用。