Question

一条长为L的细线，上端固定，下端拴一质量为m的带电小球，将它置于一匀强电场中，电场强度大小为E，方向水平向右．已知当细线离开竖直位置的偏角为α为30°时，小球处于平衡，如图所示．问：
（1）小球带何种电荷？
（2）小球所带的电量是多少？
（3）如果细线的偏角由α向右增大到90°，然后将小球由静止开始释放，则小球运动到悬点正下方位置时，绳上拉力多大？

Answer

（1）小球在电场中受到重力、电场力和细线的拉力而处于平衡状态．根据细线偏离的方向，分析电场力方向，确定小球的电性．
（2）根据平衡条件和电场力公式F=qE，列方程求出小球所带的电量．
（3）将细线的偏角由α向右增大到90°，由静止开始释放后，根据动能定理求出小球运动到悬点正下方时的速度，再由牛顿第二定律求出绳上的拉力．
【解析】

（1）由图可知，小球所受电场力方向水平向右，场强也水平向右，则小球带正电荷．
（2）以小球为研究对象，分析受力，作出力图如图．根据平衡条件得
     qE=mgtanα
得到q=
（3）将细线的偏角由α向右增大到90°，由静止开始释放后，设小球运动到到悬点正下方位置时速度为v，根据动能定理得
     mgL-qEL=
又qE=mgtanα
得到mgL-mgLtanα=①
又由牛顿第二定律得，T-mg=m②
联立①②解得
    T=（3-）mg
答：
（1）小球带正电荷．
（2）小球所带的电量是．
（3）如果细线的偏角由α向右增大到90°，然后将小球由静止开始释放，小球运动到悬点正下方位置时，绳上拉力是（3-）mg．