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?

摆球运动到最高点时,受到重力mg、库仑力F=K

q2
L2
、绳的拉力T作用,
根据向心力公式可得:T+mg+K
q2
L2
=m
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:
1
2
m
V
2
0
=2mgL+
1
2
mV2

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
q2
L2
、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.
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.