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=1.00×10-2 kg的带电小球A和B,它们的电量分别为-q和+q,q=1.00×10-7 C.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)

答案:
解析:

  图(1)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,其中分别表示细线OA、AB与竖直方向的夹角.A球受力如图(2)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:

  B球受力如图(3)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:,联立以上各式并代入数据得,由此可知,A、B球重新达到平衡的位置如图(4)所示.与原来位置相比,A球的重力势能减少了,EAmgl(1sin60°),B球的重力势能减少了,A球的电势能增加了,B球的电势能减少了,两种势能总和减少了,代入数据解得:W=6.8×10-2 J


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