题目内容

(12分)如图所示,一长为、不可伸长的绝缘细线一端系有质量为m、电荷量为 + q的带电小球,绳的另一端固定于O点,O点固定有一电荷量为 + Q的点电荷P。现加一个水平向右的匀强电场,小球静止于与竖直方向成θ角的A点。求:

(1)小球在A点绳子受到的拉力T1和外加的水平电场的场强E的大小;

(2)将小球拉起至与O点等高的B点(线伸直)后无初速释放,则小球经过最低点C时,绳受到的拉力T2大小。

(12分)解:(1)小球在A点受力平衡如图,其中F为两点电荷间的库仑力,则

T1cosθ - mg - Fcosθ = 0         2分

Fsinθ + qE - T1sinθ = 0         2分

F = k                      1分

联立式解得 T1 = k  +              1分

E =                   1分

(2)小球从B运动到C的过程中, Q对q的库仑力不做功,由动能定理得

mgl – qEl = mυC2 – 0            2分

在C点时      T2 – k  – mg = m             2分

联立解得      T2 = k  + mg(3 – 2tanθ)       1分

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