试题分析:⑴设小球最大摆角位置为C,在整个过程中,小球受重力mg、电场力qE和细线的拉力T作用,拉力T始终不做功,在小球由A运动至C的过程中,根据动能定理有:qElsinθ-mgl(1-cosθ)=0-0
解得:E=
=
=
⑵重力与电场力的合力大小为:F=
=
①
其方向指向左下方,设与竖直方向成α角,根据几何关系有:tanα=
=
,即α=37° ②
当小球摆动至细线沿此方向,设为B位置时,小球对细线的拉力最大,则:T-F=
③
小球在由A运动至B的过程中,根据动能定理有:Fl(1-cosα)=
-0 ④
根据牛顿第三定律可知,小球对细线的拉力为:T
′=T ⑤
由①②③④⑤式联立解得:T
′=
⑶要使细线不松弛有两种情况,当小球摆动过程中,细线的方向与F的方向不超过90°时,根据动能定理有:-Flcosα≤0-
解得:v
0≤
⑥
当小球能完成完整的圆周运动时,需满足:F≤
⑦
根据动能定理有:-Fl(1+cosα)=
-
⑧
由⑦⑧式联立解得:v
0≥
⑨
由⑥⑨式联立解得,为保证小球在运动过程中,细线不松弛,v
0的大小应满足的条件为:v
0≤
或v
0≥