Question

（2007?佛山二模）我們知道，驗電器無法定量測定物體的帶電量．學校實驗室也沒有其他定量測定電量的儀器．某研究性學習小組設計了一定量測定輕質小球帶電量的方案如下：取兩個完全相同的輕質小球，用天平測出小球的質量m，然后讓小球帶上相同的電量Q，并將兩個帶電小球用相同的絕緣輕質細線如圖所示懸掛（懸線長度遠大于小球半徑），測出穩定后懸線偏離豎直方向的夾角θ等物理量，從而算出小球的電量Q．
你認為該設計方案是否可行，若可行，則還需測量哪些物理量才能求出小球所帶的電量，用字母表示該物理量，并寫出小球所帶電量的表達式及其推導的過程．
若不可行，請寫出你的實驗方案和相應的計算表達式及其推導過程．

Answer 1

分析：可行，根據平衡條件求解出靜電力大小，然后根據庫侖定律求解電量Q．

解答：解：可行． 
為了測量小球所帶的電量，還需測量懸線懸點到球心的距離L（或懸線的長度）．  
設當小球處于如圖所示的位置時兩球相距r，由牛頓第三定律可知，兩個帶電小球之間的庫侖力大小相等，設為F．
對A球有：F=k

Q2

r2

                         ①
由力的平衡條件得：F=k

Q2

r2

=mgtanθ         ②
由幾何關系可得：r=2Lsinθ                 ③
由以上各式得：mgtanθ=k

Q2

(2Lsinθ)2

故：Q=2Lsinθ

mgtanθ k

       
答：該設計方案可行，還需測量懸線懸點到球心的距離L，小球所帶電量的表達式為2Lsinθ

mgtanθ k

．

點評：本題關鍵是明確設計的原理，能根據平衡條件求解靜電力，根據庫侖定律求解電量，較難．