长为l的绝缘细线下端系一质量为m的带电小球a,细线悬挂点位于x轴正上方高为h(h>l)处,小球a同时受到水平绝缘细线的拉力而静止,如图所示.现保持悬线与竖直方向的夹角为θ,在x轴上放置另一带电小球b,让其从o点沿x轴正向移动到某一位置时,使水平绝缘细线的拉力恰减小为零,悬线的拉力恰为mgcosθ,在此过程中悬线中拉力的变化情况是______;带电小球可视为点电荷,静电力恒量为K,若a、b两小球带电量均为q,则q值为______.

问题描述:

长为l的绝缘细线下端系一质量为m的带电小球a,细线悬挂点位于x轴正上方高为h(h>l)处,小球a同时受到水平绝缘细线的拉力而静止,如图所示.现保持悬线与竖直方向的夹角为θ,在x轴上放置另一带电小球b,让其从o点沿x轴正向移动到某一位置时,使水平绝缘细线的拉力恰减小为零,悬线的拉力恰为mgcosθ,在此过程中悬线中拉力的变化情况是______;带电小球可视为点电荷,静电力恒量为K,若a、b两小球带电量均为q,则q值为______.

(1)以a点作原点,以细线l为y轴,以垂直于细线l的方向为x轴,建立坐标系,对a球受力分析:小球a受到重力mg、悬线的拉力T、库仑力F和水平绳的拉力T′.把它们分解到x轴和y轴上,如右图所示.由平衡条件得:在x方向上...
答案解析:1、以a点作原点,以细线l为y轴,以垂直于细线l的方向为x轴,建立坐标系,对a球受力小球a受到重力mg、悬线的拉力T、库仑力F和水平绳的拉力T′.作出受力图,并把它们分解到x轴和y轴上.由平衡条件,分别在在x方向上和在y方向上列方程.b球逐渐向右移动时,ab之间的距离减小,库仑力F逐渐增大,方向逐渐向x轴靠近,所以在x轴上的分量逐渐增大.在y轴上的分量逐渐减小.根据平衡条件在x和y方向讨论各个力的变化情况,从而可以知道此过程中悬线中拉力如何变化.
2、y轴方向,根据上面的平衡方程可知,由于悬线的拉力恰为mgcosa,重力分量也是mgcosa,这说明电荷间的作用力,沿y的方向上的分量为0,则电荷间的库仑力只能与悬绳垂直.
所以有F=mgsinθ.此时,ab的距离,有几何关系得:r=

h−lcosθ
sinθ
.故根据库仑定律F=k
q2
r2
=mgsinθ
,即可解得q.
考试点:库仑定律;力的合成与分解的运用;共点力平衡的条件及其应用;电场强度.
知识点:对a球受力分析,建立合适的坐标系,把各个力分解到坐标系上,根据平衡条件讨论各个力的变化.关键是要能准确认真作出受力图,这是解题的关键.