如图所示,将一质量为m,电荷量为+q的小球固定在绝缘杆的一端,杆的另一端可绕通过O点的固定轴转动.杆长为L,杆的质量忽略不计.杆和小球置于场强为E的匀强电场中,电场的方向如图所示.将杆拉至水平位置OA,在此处将小球*释放.求:(1)杆运动到竖直位置OB时小球的动能;(2)杆运动到竖直位置OB时小球受到杆的拉力.
问题描述:
如图所示,将一质量为m,电荷量为+q的小球固定在绝缘杆的一端,杆的另一端可绕通过O点的固定轴转动.杆长为L,杆的质量忽略不计.杆和小球置于场强为E的匀强电场中,电场的方向如图所示.将杆拉至水平位置OA,在此处将小球*释放.
求:(1)杆运动到竖直位置OB时小球的动能;
(2)杆运动到竖直位置OB时小球受到杆的拉力.
答
(1)对小球从A到B由动能定理得:
mgL+qEL=
mv2-01 2
解得:Ek=(mg+Eq)L
(2)在最低点,小球受到重力、电场力与杆的拉力的作用,竖直方向合力提供向心力,由牛顿第二定律得:
T-mg=
mv2 L
解得:T=3mg+2Eq
答:(1)杆运动到竖直位置OB时小球的动能是(mg+Eq)L;
(2)杆运动到竖直位置OB时小球受到杆的拉力是3mg+2Eq.
答案解析:(1)小球向下运动的过程中重力与电场力做功,由动能定理即可求解;
(2)小球在最低点受到重力、电场力与杆的拉力的作用,由牛顿第二定律即可求解、
考试点:匀强电场中电势差和电场强度的关系.
知识点:本题考查了动能定理以及牛顿第二定律,知道小球做圆周运动沿半径方向上的合力提供向心力.