一根长为L的丝线吊着一质量为m,带电量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,丝线与竖直方向成37°角,现突然将该电场方向变为向下且大小不变,不考虑因电场的改变而带来的其他影响,(重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:(1)匀强电场的电场强度的大小;(2)求小球经过最低点时动能.

问题描述:

一根长为L的丝线吊着一质量为m,带电量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,丝线与竖直方向成37°角,现突然将该电场方向变为向下且大小不变,不考虑因电场的改变而带来的其他影响,(重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:

(1)匀强电场的电场强度的大小;
(2)求小球经过最低点时动能.

(1)以小球为研究对象,分析受力情况:重力mg、电场力qE、丝线的拉力FT,如图所示.由平衡条件得:
  mgtan37°=mg
故E=

3mg
4q

(2)当电场方向变为向下后,小球受到的电场力竖直向下,向下做圆周运动,重力和电场力都做正功,由动能定理得
(mg+qE)L(1-cos37°)=Ek-0
解得,Ek=
7
20
mgL

答:
(1)匀强电场的电场强度的大小为
3mg
4q

(2)小球经过最低点时动能为
7
20
mgL

答案解析:(1)以小球为研究对象,分析受力情况,由于小球处于静止状态,合力为零,由平衡条件求解电场强度大小;
(2)突然将该电场方向变为向下且大小不变后,小球受到的电场力竖直向下,向下做圆周运动,根据动能定理求解小球经过最低点时的动能.
考试点:共点力平衡的条件及其应用;力的合成与分解的运用;功能关系.
知识点:本题综合了平衡条件、动能定理和牛顿第二定律,属于常规题.