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用长为L的细线拉一质量为m的小球，小球带电量为+q，细线一端悬于固定点O，整个装置放在水平向右一足够大的匀强电场中，小球静止时细线与竖直方向的夹角为θ，电场范围足够大，
网友投稿 2022-10-29 00:00:00 互联网
◎ 题目
用长为L的细线拉一质量为m的小球，小球带电量为+q，细线一端悬于固定点O，整个装置放在水平向右一足够大的匀强电场中，小球静止时细线与竖直方向的夹角为θ，电场范围足够大，不计空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）匀强电场的电场强度大小；
（2）将小球拉至O点正下方最低点由静止释放，小球向上摆动过程中的最大速度大小；
（3）在（2）问中，小球运动到最高点时细线对小球的拉力大小；
（4）若将小球拉至O点正下方最低点时给它一水平向右的初速度，小球在竖直面内做完整的圆周运动，这个初速度至少是多大？
◎ 答案
（1）小球静止A点时，受力如图所示
据三力平衡条件，得
tanθ=
qE
mg
解得，E=
mgtanθ
q
①
（2）小球运动到平衡位置时速度最大，由动能定理，得
qELsinθ-mgL（1-cosθ）=
1
2
mv
2
②
将①式代入，得
v=
2gL(1-cosθ)
cosθ
③
小球从最底点到最高点时，速度为零，向心力为零，细线与竖直方向成α角，由动能定理，得
qELsinα-mgL（1-cosα）=0 ④
将①式代入④式，得
tanθsinα=1-cosα
解得，α=2θ
在最高点，重力与电场力合力的法线分力与拉力平衡，设线的拉力为F
F=mgcos2θ+qEsin2θ=mgcos2θ+mgtanθ?sin2θ=mg（2cos
2
θ-1）+mgtanθ?2sinθcosθ=mg
（3）设B点与A点对悬点O对称，即AB为圆轨迹的直径，当小球恰好能运动到B点时，就能在竖直面内恰好做完整的圆周运动
在B点，重力与电场力的合力提供向心力
mg
cosθ
=m
v
2B
L
设将小球拉至O点正下方最低点时给它一水平向右的初速度为v
0
，由动能定理，得
-2mgLcosθ-qELsinθ=
1
2
mv
B
2
-
1
2
mv
0
2
解得
v
0
=
2gLcosθ+
3gL
cosθ
答：
（1）匀强电场的电场强度大小E=
mgtanθ
q
；
（2）将小球拉至O点正下方最低点由静止释放，小球向上摆动过程中的最大速度大小v=
2gL(1-cosθ)
cosθ
；
（3）在（2）问中，小球运动到最高点时细线对小球的拉力大小为mg；
（4）若将小球拉至O点正下方最低点时给它一水平向右的初速度，小球在竖直面内做完整的圆周运动，这个初速度至少是v
0
=
2gLcosθ+
3gL
cosθ
．
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“用长为L的细线拉一质量为m的小球，小球带电量为+q，细线一端悬于固定点O，整个装置放在水平向右一足够大的匀强电场中，小球静止时细线与竖直方向的夹角为θ，电场范围足够大，…”主要考查了你对 【向心力】，【共点力的平衡】，【牛顿第二定律】，【动能定理】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202210/341136.html
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