一根长为l的线吊着一质量为m的带电量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,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),求:(1)匀强电场的电场强度的大小;(2)求小球经过最低点时线的拉力.

问题描述:

一根长为l的线吊着一质量为m的带电量为q的小球静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,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),求:

(1)匀强电场的电场强度的大小;
(2)求小球经过最低点时线的拉力.

:(1)小球平衡时受到绳子的拉力、重力和电场力,由平衡条件得:mgtan37°=qE解得:E=3mg4q(2)电场方向变成向下后,重力和电场力都向下,两个力做功,小球开始摆动做圆周运动由动能定理:12mv2=(mg+qE)L(1−cos...
答案解析:(1)小球静止时在竖直线的右边,根据小球静止时受平衡力,可以判断出小球的受力的方向向右,与电场线的方向相同,因此小球带正电;对小球进行受力分析,水平方向和竖直方向的受力都平衡,即可得解;
(2)水平方向不受力了,平衡破坏了,小球在竖直向下的重力和竖直向上的电场力的作用下,在绳子的约束下,在竖直平面内沿圆弧摆下,做圆周运动,或沿圆弧来回运动,根据动能定理,带电小球到最低点时重力和电场力做的功全部转化为小球的动能,此时速度最大,列式即可得解.
考试点:电场强度;共点力平衡的条件及其应用;牛顿第二定律;向心力.


知识点:(1)掌握力的合成和分解,运用共点力平衡的条件找出力与力的关系.(2)带电粒子在复合场中的圆周运动一般由动力学公式求解,一般的曲线运动一般由动能定理求解.