题目内容

 “∟”形轻杆两边互相垂直、长度均为l,可绕过O点的水平轴在竖直平面内自由转动,两端各固定一个金属小球A、B,其中A球质量为m,带负电,电量为q,B球开始不带电,质量未知。现将“∟”形杆从OB位于水平位置由静止释放:

(1)当OB杆转过37°时,两球的速度达到最大,则B球的质量为多少?

(2)若在空间加一竖直向下的匀强电场,OB杆从原来位置开始释放能转过的最大角度为127°,则该电场的电场强度大小为多少?

(3)在上述电场中,使小球B也带上负电,电量为q,则从原来位置释放后系统的电势能改变的最大值为多少?

 

 

 

 

 

 

 (1) 两球速度达最大时,系统力矩平衡:mAglsin37°=mBglcos37°

          解得:mB= mA= m             (4分)

(2)达最大角度时,动能为零,由功能关系得:

     mAgl(1+sin37°)- mBglcos37°=Eql(1+sin37°)

可解得:E =                (4分)

(3)电势能改变最大即两球速度为零,设OB杆转过θ,则由功能关系可得:

mAgl(1-cosθ)- mBgl sinθ= Eql(1-cosθ)- E q lsinθ

可解出θ=90°, 电势能减少的最大值为:

Eql(1-cos90°)- E q lsin90°= mAgl(1-cos90°)- mBglsin90°= mgl(6分)

 

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