题目内容
(10分)如图所示,在水平向右的匀强电场中,一长为L的绝缘轻杆,一端固定于O点,杆可绕O点在竖直平面内转动。杆的另一端连接一质量为m的带正电小球,小球受到的电场力是重力的
倍,要使小球能在竖直平面内做圆周运动,则小球经过最高点的速度最小为多少?
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解析:这是一个复合场问题:重力场与电场的复合场,我们最习惯于研究重力场中的竖直平面内的圆周运动,我们就把复合场类比于重力场进行解题,首先确定复合场方向即小球的平衡位置。受力分析知,小球的平衡位置为与竖直方向夹角30°,复合场的等效成重力场的等效加速度为
,如下图A点是平衡位置,B点是等效重力场中的最高点,C点是几何上最高点,也就是我们要求的最高点。
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因为是杆子所以B点的最小速度为0,再在BC间用动能定理可求得C点的速度;或类比于重力场中的运动进行计算,最后只需将g改成
即可。小球经过最高点的速度最小为![]()
错解分析:错解一:忽略电场的作用,直接应用结论,小球在最高点的最小速度为0。
错解二:不知杆与绳的区别,不会用合场的思想类比重力场进行解题,错解答案较多。
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