解题思路:(1)开关S处于断开状态时,电容器两极板间的电压等于R3两端的电压,根据串联电路电压与电阻成正比的特点求解.
(2)开关S处于闭合状态时,R2与R3串联后与R1并联,电容器两极板间的电压为等于R3两端的电压.先总电阻、总电压,再求解R3两端的电压.
(3)若开关S断开时,带电微粒沿虚线方向应该做匀速直线运动,电场力与重力平衡;当开关S闭合后,粒子做类平抛运动,假设粒子能从电场飞出,由牛顿第二定律和运动学公式结合,求出粒子的偏转距离,即可分析能否从电容器C的电场中射出.
(1)开关S处于断开状态时,电容器两极板间的电压等于R3两端的电压,为:
U3=
R3
R2+R3+rE=[8/4+8+2]×28V=16V
(2)S闭合后,外电路总电阻为 R=
R1(R2+R3)
R1+(R2+R3)=
12×(4+8)
12+4+8Ω=6Ω
路端电压为 U=[R/R+r]E=[6/6+2×28V=21V
则电阻R3两端电压为 U3′=
R3U
R2+R3]=[8×21/4+8]V=14V
(3)设微粒质量为m,电量为q,当开关S断开时有:
qU3
d=mg
当开关S闭合后,设微粒加速度为a,则 mg-
qU′3
d=ma
设微粒能从C的电场中射出,则水平方向:t=[L
v0
竖直方向:y=
1/2]at2
由以上各式求得:y=6.25×10-3m>[d/2],
故微粒不能从C的电场中射出.
答:
(1)开关S处于断开状态时,电容器两极板间的电压为16V.
(2)开关S处于闭合状态时,电容器两极板间的电压为14V.
(3)微粒不能从C的电场中射出.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;电容;闭合电路的欧姆定律.
考点点评: 本题由电场偏转与电路的综合,它们之间联系的纽带是电容器的电压,电压由欧姆定律求解.将类平抛运动分解成两个相互垂直的简单直线运动的合成,再由牛顿第二定律和运动学公式进行研究.