Question

如圖所示，水平放置的氣缸內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，氣缸的側(cè)壁為光滑絕緣體，缸底M及活塞D均為導(dǎo)體并用導(dǎo)線按圖連接，活塞面積S=2cm2。電鍵斷開時(shí)，DM間距l(xiāng)1=5μm，閉合電鍵后，活塞D與缸底M分別帶有等量異種電荷，并各自產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)（D與M間的電場(chǎng)為各自產(chǎn)生的電場(chǎng)的疊加）。在電場(chǎng)力作用下活塞D發(fā)生移動(dòng)，穩(wěn)定后，DM間距l(xiāng)2=4μm，此時(shí)電流表讀數(shù)為0.75A，電壓表讀數(shù)為2V，已知R4＝4Ω，大氣壓強(qiáng)，活塞移動(dòng)前后氣體溫度不變。

（1）求出活塞受到的電場(chǎng)力大小F；

（2）求出活塞D所帶電量q；

（3）一段時(shí)間后，一個(gè)電阻發(fā)生故障，安培表讀數(shù)變?yōu)?.8A，伏特表讀數(shù)變?yōu)?.2V，請(qǐng)判斷是哪個(gè)電阻發(fā)生了故障？是短路還是斷路？筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)變大還是變�。�

（4）能否求出R1、電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的值？ 如果能，求出結(jié)果，如果不能，說明理由。

Answer 1

（1），解得      （2分）

活塞受到的氣體壓強(qiáng)差為：

活塞受力平衡，電場(chǎng)力大�。�            （2分）

（2）D與M間的電場(chǎng)強(qiáng)度：    （1分）

因?yàn)镋是D與M所帶的等量異種電荷產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)，所以M所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)：EM =E/2，

由,得                （2分）

（3）R3斷路；筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)變大                          （2分）

（4）R3斷路后，伏特表的讀數(shù)就是R1兩端的電壓，因此有：

                                           （1分）

由                      （2分）

可得：……（1分）

因?yàn)镽2未知，所以不能求出r的值……（1分）。