如图所示,在水平向左足够大的匀强电场中,一带电小球用绝缘轻绳悬于O点,平衡时小球位于A点,此时绳与竖直方向的夹角θ=53°,已知绳长l,B、C、D到O点的距离均为l,BD水平,

◎ 题目

如图所示,在水平向左足够大的匀强电场中,一带电小球用绝缘轻绳悬于O点,平衡时小球位于A点,此时绳与竖直方向的夹角θ=53°,已知绳长l,B、C、D到O点的距离均为l,BD水平,OC竖直.
(1)将小球移到B点,给小球一竖直向下的初速度vB,小球到达悬点正下方时绳中拉力恰等于小球重力,求vB
(2)将小球移到D点,给小球一斜向右上方的初速度v0,初速度vD的方向与水平方向的夹角为53°,球恰好能经过B点.求小球在D点时初速度vD的大小.(取sin53°=0.8,cos53°=0.6)
魔方格

◎ 答案

(1)小球由B点运动到C点的过程中,由动能定理有:
魔方格

mgl-qEl=
1
2
mvc2-
1
2
mvB2
   ①
在C点,设绳中张力为F,则有:
Fc-mg=m
vc2
l
    ②
因Fc=mg,故vc=0     ③
又由小球能平衡于A点得,qE=mgtan53°=
4
3
mg
   ④
所以vB=

2gl
3
=
1
3

6gl
    ⑤
(2)小球在D点受力如图.
合力F=

(mg)2+(qE)2
=
5
3
mg
    ⑥
tanα=
mg
qE
=
3
4
  所以α=37°   ⑦
则vD与F方向垂直,小球做类平抛运动,建立如图所示的坐标系,则
x方向:2lcos53°=vDt   ⑧
y方向:2lsin53°=
1
2
?
F
m
?t2

由⑧⑨得,
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