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为研究静电除尘,有人设计了一个盒状容器,容器侧面是绝缘的透明有机玻璃,它的上下底面是面积A=0.04m2的金属板,间距L

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解决时间 2021-08-19 03:45
为研究静电除尘,有人设计了一个盒状容器,容器侧面是绝缘的透明有机玻璃,它的上下底面是面积A=0.04m2的金属板,间距L=0.05m,当连接到U=2500V的高压电源正负两极时,能在两金属板间产生一个匀强电场,如图所示,现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内,每立方米有烟尘颗粒1013个,假设这些颗粒都处于静止状态,每个颗粒带电量为q=+1.0×10-17C,质量为m=2.0×10-15kg,不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力,并忽略烟尘颗粒所受重力.求合上电键后:

(1)经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附?
(2)除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功?
(3)经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大?
最佳答案

(1)当最靠近上表面的烟尘颗粒被吸附到下板时,烟尘就被全部吸附.
根据牛顿第二定律得:F=
U
dq=ma ①
设经过时间t颗粒被全部吸收,由运动学公式得:L=
1
2at2=
qUt2
2mL ②
联立①②解得颗粒全部被吸收所需时间为 t=

2m
qUL=0.02(s) ③
(2)全部颗粒被吸附的过程可以等效为:全部颗粒从极板中间被吸附到负极板,所以加速电压为
U
2,有:
W=
1
2NALqU=2.5×10-4 (J) ④
电场对烟尘颗粒共做了2.5×10-4 功;
(3)设烟尘颗粒下落距离为x,则有:
Ek=
1
2mv2?NA(L?x)=
qU
Lx?NA(L?x) ⑤
当x=
L
2时 EK达最大
设经过时间t1烟尘颗粒的总动能达到最大,此时有:
x=
1
2a
t21 ⑥
所以解得总动能最大时经过时间为:t1=

2x
a=

m
qUL=0.014(s)
再问: 第二问中W=NALqU中为啥有L公式不是W=qU吗?
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