题目内容

15.如图,水平圆的半径为R,两直径AB和CD垂直,O为圆心,OP是过圆心的竖直线.圆上A、B、C、D四点处各分布着四个带电量均为q的正电荷,把一个带电量也为q的带正电的小球(看作点电荷)放在OP上的Q点,小球刚好能静止,Q点到圆心O的距离也为R.现把此小球从Q点上方的E点静止释放,小球能运动到Q点下方的最低点F(E、F点未画出).已知E、F两点间的距离为h,静电常数为k,重力加速度为g.则小球的质量为$\frac{\sqrt{2}k{q}^{2}}{g{R}^{2}}$,E、F两点间的电势差为-$\frac{\sqrt{2}kqh}{g{R}^{2}}$.

分析 小球刚好能静止在Q点,重力与静电力平衡,根据库仑定律和平衡条件列式求解小球的质量.小球从E点到F点的过程,根据由功能关系求解E、F两点间的电势差.

解答 解:小球能在Q点静止,由平衡条件得 $\frac{k{q}^{2}}{(\sqrt{2}R)^{2}}$cos45°×4=mg,解得m=$\frac{\sqrt{2}k{q}^{2}}{g{R}^{2}}$;
小球从运动到F的过程,由动能定理得 mgh+qUEF=0,联立解得 UEF=-$\frac{\sqrt{2}kqh}{g{R}^{2}}$
故答案为:$\frac{\sqrt{2}k{q}^{2}}{g{R}^{2}}$,-$\frac{\sqrt{2}kqh}{g{R}^{2}}$.

点评 本题是库仑定律与平衡条件、动能定理的综合运用,关键要正确分析小球的受力情况,灵活选择过程列式.

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