如图所示,一质量为m带正电的小球,用长为L的绝缘细线悬挂于O点,处于一水平方向的匀强电场中,静止时细
kuaidi.ping-jia.net 作者:佚名 更新日期:2024-07-17
在水平向右的匀强电场中,有一质量为m、带正电的小球,用长为l的绝缘细线悬挂于O点,当小球静止时细线与
重力和电场力合成的力F方向始终与竖直方向成θ角度,即小球只受力F作用,且方向不变。
1、与原位置相反的地方速度最小。设此时最小速度为V,则向心力和合力F平衡,即mv^2/l=F=mg/cosθ
所以V=√(gl/cosθ)
2、设小球受到的冲量为P,则
由机械能守恒得:m(P/m)^2/2=2Fl+mv^2/2=5mg/2cosθ
P=m*√(5g/cosθ)
分析:小球在运动过程中,受到重力mg,电场力F(水平),绳子拉力T的作用。
将重力和电场力的合力,看作为“等效重力” G效。
由题意 知“等效重力”的大小是 G效=mg / cosθ ,θ是小球静止时细线与竖直方向夹角
等效重力的方向是与竖直线成θ角斜向下。
小球静止时所在的位置是“等效最低点”,与该点在同一直径的另一端是“等效最高点”。
(1)小球在“等效最高点”处的速度最小,设最小速度是 V小 。
小球恰能在竖直平面内做圆周运动,说明小球在“等效最高点”处绳子刚好拉力为0,由“等效重力”完全提供向心力。
则 G效=m* V小^2 / L
即 mg / cosθ=m* V小^2 / L
得最小速度是 V小=根号(gL / cosθ)
(2)设刚给小球的初速度是 V0(在“等效最低点”)
则由动能定理 得
m*V0^2 / 2=G效*(2R)+(m* V小^2 / 2)
即 m*V0^2 / 2=(mg / cosθ)*(2R)+(m* V小^2 / 2)
V0=根号[ ( 4gR / cosθ)+V小^2 ]=根号[ ( 4gR / cosθ)+(gL / cosθ) ]=根号[(4R+L) g / cosθ ]
(1)小球静止在P点时由平衡条件得 cos45°=
T=
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