如图所示,一摆长为L的摆,摆球质量为m,带电量为-q,如果在悬点A放一正电荷q,要使摆球能在竖直平面内做完整的圆周运动,则摆球在最低点的速度最小值应为多少?
问题描述:
如图所示,一摆长为L的摆,摆球质量为m,带电量为-q,如果在悬点A放一正电荷q,要使摆球能在竖直平面内做完整的圆周运动,则摆球在最低点的速度最小值应为多少?
答
摆球运动到最高点时,受到重力mg、库仑力F=K
、绳的拉力T作用,q2 L2
根据向心力公式可得:T+mg+K
=mq2 L2
,V2 L
由于T≥0,所以有:V≥
gL+K
q2 mL
由于摆在运动过程中,只有重力做功,故机械能守恒.
据机械能守恒定律得:
m1 2
=2mgL+
V
2
0
mV21 2
解得:v0=
5gL+
Kq2 mL
答:摆球在最低点的速度最小值应为
5gL+
Kq2 mL
答案解析:对摆球进行受力分析,摆球运动到最高点时,受到重力mg、库仑力F=K
、绳的拉力T作用,根据向心力公式列式,求出最高点速度的最小值,由于摆在运动过程中,只有重力做功,故机械能守恒.根据机械能守恒定律即可求出最低点速度的最小值.q2 L2
考试点:机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.
知识点:本题主要考查了机械能守恒定律及向心力公式的直接应用,要求同学们能在最低点和最高点对摆球进行正确的受力分析,难度适中.