Question

5．如图所示，质量m=2.0×10^-3kg的带电小球用绝缘轻细线竖直地悬于电场中，当小球带电量q₁=1.0×10^-4C时，悬线中的张力T₁=1.5×10^-2N，则小球所在处的场强多大？方向如何？当小球带电量q₂=-1.0×10^-4C时，悬线中的张力T₂多大？（取g=10m/s²）

Answer 1

分析 先据重力和线的张力判断电场力的大小和方向，由平衡条件和场强公式求出场强；再利用F=Eq求出电场力，利用三力的平衡求出悬线的张力．

解答 解：小球的重力 G=mg=2.0×10^-3×10N=2.0×10^-2N＞T₁=1.5×10^-2N
 根据悬线的张力和平衡关系知电场力的方向应竖直向上，所以有 F+T₁=G 
所以F=G-T₁=5×10^-3N 
小球所在处的场强 E=$\frac{F}{{q}_{1}}$=$\frac{5×1{0}^{-3}}{1{0}^{-4}}$=50N/C，方向竖直向上
电量为q₂=-1.0×10^-4C时，电场力 F₂=Eq₂=50×10^-4=5×10^-3N  方向向下，
此时绳子的张力为T₂=G+F₁=（2+0.5）×10^-2N=2.5×10^-2N
答：小球所在处的场强大小为50N/C，方向竖直向上．当小球带电量q₂=-1.0×10^-4C时，悬线中的张力T₂为2.5×10^-2N．

点评 明确三力平衡的关系和场强的求法，再利用F=Eq求电场力是解题的关键．要知道场强与正电荷的电场力方向相同，与负电荷的电场力方向相反．