题目内容

(2002年全国,30)有三根长度皆为L=100 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m100×10-2 kg的带电小球AB,它们的电荷量分别为-q和+qq100×10-7 CAB之间用第三根线连接起来.空间中存在大小为E100×106 NC的匀强电场,场强方向沿水平向右,平衡时AB球位置如图所示,现将OB之间的烧断,由于有空气阻力,AB球最后会达到新平衡位置.求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比较改变了多少?(不计两带电小球间相互作用的静电力)

 

答案:
解析:

解析:如图中虚线表示A、B球原来平衡的位置,实线为假设OB线烧断后重新达平衡的位置,其中αβ分别表示细线OA、AB与竖直方向的夹角.

A球受力如图,由平衡条件,有:T1sinαT2sinβqE

T1cosαmgT2cosβ

B球受力如图,由平衡条件,有:T2sinβ=qET2cosβmg

联立以上各式,并代入数据得:α=0,β=45°.

由以上计算结果可知,A、B球重新平衡时的位置如图所示.

与原位置相比,A球重力势能减少了EAmgL(1-sin60°),电势能增加了WAqELcos60°.

B球的重力势能增加了EBmgL(1-sin60°-cos45°),电势能减少了WB=qEL(sin45°-sIn30°)

总体来讲,势能减少总和为WWBWAEAEB=6.8×10-2J.

答案:6.8×10-2J

归纳:处理能量问题通常有两种方式:①从始末状态能量总和考虑.②从始末状态各种能量的改变量考虑,对能量的增加、减少要会用正、负号表示.

 


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