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用长为L的细线拉一质量为m的小球,小球带电量为+q,细线一端悬于固定点O,整个装...

manfen5.com 满分网用长为L的细线拉一质量为m的小球,小球带电量为+q,细线一端悬于固定点O,整个装置放在水平向右一足够大的匀强电场中,小球静止时细线与竖直方向的夹角为θ,电场范围足够大,不计空气阻力,重力加速度为g,求:
(1)匀强电场的电场强度大小;
(2)将小球拉至O点正下方最低点由静止释放,小球向上摆动过程中的最大速度大小;
(3)在(2)问中,小球运动到最高点时细线对小球的拉力大小;
(4)若将小球拉至O点正下方最低点时给它一水平向右的初速度,小球在竖直面内做完整的圆周运动,这个初速度至少是多大?
(1)小球静止A点时,受到重力、电场力和绳子的拉力而平衡,根据平衡条件求出电场强度的大小. (2)将小球拉至O点正下方最低点由静止释放,小球向上摆动过程中经过平衡位置时速度最大,根据动能定理求出最大速度. (3)小球到最高点时,速度为零,向心力为零,绳子的拉力等于重力和电场力沿法线方向的合力. (4)当小球恰好到达A点关于悬点的对称点时,由电场力和重力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出小球经这点的速度,由动能定理求出初速度. 【解析】 (1)小球静止A点时,受力如图所示 据三力平衡条件,得    tanθ= 解得,E=  ① (2)小球运动到平衡位置时速度最大,由动能定理,得    qELsinθ-mgL(1-cosθ)=mv2 ② 将①式代入,得 v=  ③ 小球从最底点到最高点时,速度为零,向心力为零,细线与竖直方向成α角,由动能定理,得 qELsinα-mgL(1-cosα)=0  ④ 将①式代入④式,得    tanθsinα=1-cosα 解得,α=2θ 在最高点,重力与电场力合力的法线分力与拉力平衡,设线的拉力为F F=mgcos2θ+qEsin2θ=mgcos2θ+mgtanθ•sin2θ=mg(2cos2θ-1)+mgtanθ•2sinθcosθ=mg (3)设B点与A点对悬点O对称,即AB为圆轨迹的直径,当小球恰好能运动到B点时,就能在竖直面内恰好做完整的圆周运动 在B点,重力与电场力的合力提供向心力   =m 设将小球拉至O点正下方最低点时给它一水平向右的初速度为v,由动能定理,得 -2mgLcosθ-qELsinθ=mvB2-mv2 解得 v= 答: (1)匀强电场的电场强度大小E=; (2)将小球拉至O点正下方最低点由静止释放,小球向上摆动过程中的最大速度大小v=; (3)在(2)问中,小球运动到最高点时细线对小球的拉力大小为mg; (4)若将小球拉至O点正下方最低点时给它一水平向右的初速度,小球在竖直面内做完整的圆周运动,这个初速度至少是v=.
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考点分析:
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n52080180320
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Ek(J)______________________________
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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