题目内容

(附加题)  长为L的细线一端固定一个带正电小球,另一端固定在O点,且处在一匀强电场中,小球受到的电场力等于其重力的倍.当电场的取向合适时,可使小球在与水平方向成30°角的倾斜平面内做圆周运动,求此圆周运动的最大速度以及此时电场的方向.

【答案】分析:据题,小球在与水平方向成30°角的倾斜平面内做圆周运动,在垂直于斜面平面内小球没有位移,合力为零,根据正交分解法求解电场力方向,判断电场强度方向.当小球位于斜面内最高点时,速度最小,由重力和电场力的合力提供向心力,由牛顿第二定律求出最小速度,根据动能定理求出最大速度.
解答:解:如图所示,小球在30°倾斜平面内作圆周运动时一定有:
   
得θ=60°,因此电场力必沿水平向左方向,又因小球带正电,故电场方向也沿水平向左方向.
当速度最小时有:
得 
速度由最小到最大得过程中,由动能定理得:

所以,
答:此圆周运动的最大速度为.此时电场的方向为水平向左.
点评:此题的突破口是小球倾斜平面内做圆周运动.小球速度最小的点称为物理的最高点,分析向心力的来源求出最小速度.
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