题目内容
有三根长度皆为l=1.00 m的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定在天花板上的 O点,另一端分别挂有质量皆为m=1.00×10-2 kg的带电小球A和B,它们的电量分别为一q和+q,q=1.00×10-7C。A、B之间用第三根线连接起来。空间中存在大小为E=1.00×106N/C的匀强电场,场强方向沿水平向右,平衡时 A、B球的位置如图所示。现将O、B之间的线烧断,由于有空气阻力,A、B球最后会达到新的平衡位置。求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少。(不计两带电小球间相互作用的静电力)
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解析:
右图中虚线表示A、B球原来的平衡位置,实线表示烧断后重新达到平衡的位置,其中α、β分别表示细线OA、AB与竖直方向的夹角。 A球受力如右图所示:重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向左;细线OA对A的拉力T1,方向如图;细线AB对A的拉力T2,方向如图。由平衡条件 T1siná+T2sinβ=qE ① T2cosα=mg+T2 cosβ ② B球受力如右图所示:重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向右;细线AB对B的拉力T2,方向如图。由平衡条件
T2sinβ=qE ③ T2cosβ=mg ④ 联立以上各式并代入数据,得 α=0 ⑤ β=45° ⑥ 由此可知,A、B球重新达到平衡的位置如右图所示。与原来位置相比,A球的重力势能减少了
EA=mgl(1-sin60°) ⑦ B球的重力势能减少了 EB=mgl(1-sin60°+cos45°) ⑧ A球的电势能增加了 WA=qElcos60° ⑨ B球的电势能减少了 WB=qEl(sin45°-sin30°) ⑩ |