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,另一端分别拴有质量皆为m=1.00×10-2kg的带电小球A和B,它们的电荷量分别为-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=1.00×106 N/C?的匀强电场,场强方向沿水平向右,平衡时如图1-2-24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.(不计两带电小球间的相互作用的静电力)![]()
图1-2-24
解析:本题的关键是找出A、B两球重新平衡时的具体位置,根据视A、B两球为整体的方法,很容易确定出烧断O、B之间的线后,A、B重新平衡的位置如下图所示.
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因为A、B在水平方向上受力平衡,在竖直方向仅受线OA的拉力及各自的重力,则拉力与重力要平衡,线OA一定处于竖直位置.而B球受重力、线AB的拉力及向右的电场力,由平衡条件:
·sinθ=qE,
·cosθ=mg联立两式并代入数据θ=45°.
与原来的位置相比,A球的重力势能减少了EA=mgl(1-sin60°),B球的重力势能减少了EB=mgl(1-sin60°+cos45°),A球的电势能增加了WA=qEl·cos60°,B球的电势能减少了WB=qEl(sin45°-sin30°),两种势能总和减少了:W=WB-WA+EA+EB,代入数据解得W=6.8×10-2J.
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