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带电小球在环接电场中运动 前言 最初思路提出:张攀〔2004年于白鹭洲中学〕,整理:喻贤涛。 本文理论基础:带电小球在电场中会向一侧运动,电场中的势能转化为小球动能,再转化为磨擦热能。 本文理想目标:在减少电荷损失及电场间影响下得到磨擦热。 此文为讨论形式,请大家发现问题后将其改善并继续让大家讨论。 正文 一、基本原型 设有一带电小球,我们将其置于电场中,比如正负电板间。它在力的作用下会向一侧移动。在小球前进方向的电板上开个小孔,使其逸出。离开电场后,调整磨擦力大小,使其速度减慢至零。 现在,在小球刚才运动方向的垂直方向加上另一个电场,使小球向垂直方向加速。重复刚才的动作,直到小球拐三次后回到第一个电场,这样,小球就完成了一个循环。接下来,小球会在四个互相垂直的电场间一直循环运动下去。 二、改进 1.问题:小球进入下一个电场时速度不可能为零,因为速度为零就进不了,这样小球就会做抛物线运动。 改进:在提供磨擦力的平台上增加轨道,在下一个电场处甚至可以加塑料或海绵等缓冲,因为我们目标是得到磨擦热。 2.问题:四个电场会有影响,小球可能受力情况不明。 改进:电场外可加屏蔽层。 3.问题:电板及带电小球电荷损失,运动速度会变慢。 改进:将系统整体置于真空环境,正负电板接电池。 三、结论与讨论 通过以上运动过程,带电小球将电场势能转化为动能,又源源不断地磨擦做功,转化为热能。 但是,除了一开始给电板及小球带上电,后来就没有加入更多的能量。 这样,就是一台永动机了! 所以,小球会不会一直运动下去?或者,小球能不能运动足够长的时间,一天,两天,一个月,一年? 如果能,那么它磨擦做功的能量究竟从何而来?如果不能,那么问题会出在哪里?怎么可以改进以去除这个问题? 后记 感谢并怀念白鹭洲中学的一切,人,事,物。 对本文设想的运动模型做改动时,请明确目标:使小球磨擦做功。 有好想法请email:[email protected]
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