如图所示,在场强E=104N/C的水平匀强电场中,有一根长l=15cm的细线,一端固定在O点,另一端系一个质量m=3g、电荷量q=2×10-6 C的带正电小球,当细线处于水平位置时,小球从静止开始释放,g取

问题描述:

如图所示,在场强E=104N/C的水平匀强电场中,有一根长l=15cm的细线,一端固定在O点,另一端系一个质量m=3g、电荷量q=2×10-6 C的带正电小球,当细线处于水平位置时,小球从静止开始释放,g取10m/s2.求:

(1)小球到达最低点B的过程中重力势能、电势能分别变化了多少?
(2)若取A点电势为零,小球在B点的电势能、电势分别为多大?
(3)小球到B点时速度为多大?绳子张力为多大?

(1)小球到达最低点B的过程中重力势能的变化量为△Ep=-mgl=-4.5×10-3J,
电势能的变化量为△Ep电=Eql=3×10-3J
(2)若取A点电势为零,小球在B点的电势能Ep=△Ep电=3×10-3J
由EpBq得  φB=

3×10−3
2×10−6
 V=1.5×103V
(3)A→B由动能定理得:
      mgl-Eql=
1
2
mvB2
代入解得vB=1m/s
在B点,对小球由牛顿第二定律得:
    FT-mg=
mvB2
l

得FT=5×10-2N
答:
(1)小球到达最低点B的过程中重力势能、电势能分别变化了-4.5×10-3J和3×10-3J.
(2)若取A点电势为零,小球在B点的电势能、电势分别为3×10-3J和1.5×103V.
(3)小球到B点时速度为1m/s,绳子张力为5×10-2N.