Question

20．（1）在探究?jī)呻姾砷g相互作用力的大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，一同學(xué)猜想可能與兩電荷的間距和帶電量有關(guān)．他選用帶正電的小球A和B，A球放在可移動(dòng)的絕緣座上，B球用絕緣絲線懸掛于玻璃棒C點(diǎn)，如圖1所示．
實(shí)驗(yàn)時(shí)，先保持兩球電荷量不變，使A球從遠(yuǎn)處逐漸向B球靠近，觀察到兩球距離越小，B球懸線的偏角越大；再保持兩球距離不變，改變小球所帶的電荷量，觀察到電荷量越大，B球懸線的偏角越大．

實(shí)驗(yàn)表明：兩電荷之間的相互作用力，隨其距離的減小而增大，隨其所帶電荷量的增大而增大．
此同學(xué)在探究中應(yīng)用的科學(xué)方法是控制變量法（選填：“累積法”、“等效替代法”、“控制變量法”或“演繹法”）．
（2）如圖2所示的A、B、C、D、E、F為勻強(qiáng)電場(chǎng)中正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)．已知A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)分別為-1V、1V、5V，則
①D點(diǎn)的電勢(shì)φ_D為7V．
②標(biāo)出電場(chǎng)強(qiáng)度的方向（用刻度尺作圖）．
（3）如圖3所示，示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成．如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的C
A．極板X(qián)應(yīng)帶正電　　　　      B．極板X(qián)′應(yīng)帶正電
C．極板Y應(yīng)帶正電             D．極板Y′應(yīng)帶正電．

Answer 1

分析 （1）由于實(shí)驗(yàn)時(shí)，先保持兩球電荷量不變，使A球從遠(yuǎn)處逐漸向B球靠近；再保持兩球距離不變，改變小球所帶的電荷量，所以采用的方法是控制變量法．
（2）在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿著任意方向前進(jìn)相同距離，電勢(shì)的降落必定相等，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)并結(jié)合幾何關(guān)系就可以得到D點(diǎn)的電勢(shì)；勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面是一系列的平行且等間距的直線，電場(chǎng)線必定與等勢(shì)面垂直，且從高等勢(shì)面指向低等勢(shì)面，結(jié)合以上特點(diǎn)就可以畫(huà)出電場(chǎng)線．
（3）由亮斑位置可知電子偏轉(zhuǎn)后打在偏向X，Y向，由電子所受電場(chǎng)力的方向確定電場(chǎng)的方向，再確定極板所帶的電性．

解答 解：（1）對(duì)小球B進(jìn)行受力分析，可以得到小球受到的電場(chǎng)力：F=mgtanθ，即B球懸線的偏角越大，電場(chǎng)力也越大；所以使A球從遠(yuǎn)處逐漸向B球靠近，觀察到兩球距離越小，B球懸線的偏角越大，說(shuō)明了兩電荷之間的相互作用力，隨其距離的減小而增大；兩球距離不變，改變小球所帶的電荷量，觀察到電荷量越大，B球懸線的偏角越大，說(shuō)明了兩電荷之間的相互作用力，隨其所帶電荷量的增大而增大．先保持兩球電荷量不變，使A球從遠(yuǎn)處逐漸向B球靠近．這是只改變它們之間的距離；再保持兩球距離不變，改變小球所帶的電荷量．這是只改變電量所以采用的方法是控制變量法．
（2）①在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿著任意方向前進(jìn)相同距離，電勢(shì)的降落必定相等，由于從A到D方向平行與BC方向，且AD間距等于BC間距的兩倍

故有
φ_D-φ_A=2（φ_C-φ_B）
代入數(shù)據(jù)解得
φ_D=7V
②設(shè)O為正六邊形的中點(diǎn)，由于AO間距等于BC間距，有
φ_O-φ_A=φ_C-φ_B
解得
φ_O=3V
故AO中點(diǎn)O′間距為1V，與B點(diǎn)的電勢(shì)相等，又由于電場(chǎng)強(qiáng)度的方向D指向A勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面是一系列的平行且等間距的直線，而且電場(chǎng)線必定與等勢(shì)面垂直，且從高等勢(shì)面指向低等勢(shì)面，故場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)閺腄指向A；
（3）電子受力方向與電場(chǎng)方向相反，因電子向X向偏轉(zhuǎn)則，電場(chǎng)方向?yàn)閄到X′，則X帶正電，同理可知Y帶正電，故C正確，ABD錯(cuò)誤．
故選：C．
故答案為：（1）減小，增大，控制變量法．（2）①7V，②從D指向A．（3）C

點(diǎn)評(píng) 該題考查庫(kù)侖定律的演示實(shí)驗(yàn)，電場(chǎng)強(qiáng)度的確定等；解答本題關(guān)鍵要明確勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿著任意方向電勢(shì)降落相等，同時(shí)要熟悉勻強(qiáng)電場(chǎng)中等勢(shì)面和電場(chǎng)線的關(guān)系，然后結(jié)合幾何關(guān)系分析求解．