如图所示,一质量为m带正电的小球,用长为L的绝缘细线悬挂于O点,处于一水平方向的匀强电场中,静止时细线右偏与竖直方向成45°角,位于图中的P点.重力加速度为g,求:(1)静止

◎ 题目

如图所示,一质量为m带正电的小球,用长为L的绝缘细线悬挂于O点,处于一水平方向的匀强电场中,静止时细线右偏与竖直方向成45°角,位于图中的P点.重力加速度为g,求:
(1)静止在P点时线的拉力是多大?
(2)如将小球向右拉紧至与O点等高的A点由静止释放,则当小球摆至P点时,其电势能如何变?变化了多少?
(3)如将小球向左拉紧至与O点等高的B点由静止释放,则小球到达P点时的速度大小?
魔方格

◎ 答案

(1)小球静止在P点时由平衡条件得
       cos45°=
mg
T

         T=

2
mg

    (2)小球从A到P的过程中,电场力做负功,故其电势能增加   
         由(1)问得tan45°=
F
mg
  F=mg
         则小球克服电场力做功W=FL(1-cos45°)
       其电势能增加为△EP=△W=
2-

2
2
mgL

    (3)小球先做匀加速直线运动到达最低点C,
      根据动能定理得:
1
2
mvC2-0=mgL+FL
    vC=2

gL

     到达C点后细绳绷紧,小球沿细绳方向的速度变为零,
        则vC′=vCsin45°  vC=

2gL

     从C到P做圆周运动,由动能定理得:
1
2
mvP2-
1
2
mvC^2=-mgL(1-cos45°)+FLsin45°

      vP=

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