(10分)如图所示,一条长为L的绝缘细线一端固定在O点,另一端拴有一个质量为m的带电小球,将它置于场强大小为E的水平方向的匀强电场中,当小球处在细线与竖直方向的夹角为α的A点时处于平衡状态,问:
(1)小球带何种电荷?所带电荷量为多少?
(2)在平衡位置以多大的速度vA释出小球,才能使之在电场中作竖直平面内的完整圆周运动?
(1)正电;;(2)
【解析】
试题分析:(1)小球受重力mg、电场力Eq、线的拉力T作用,如图可知小球受电场力与电场方向平行,故小球带正电。 (1分)
Eq=mgtanα,所以: ①(3分)
(2)简化处理,将复合场(重力场和电场)等效为重力场,小球在等效重力场中所受重力为,由上图有:,即
小球在A点处于平衡状态,若小球在A点以速度VA开始绕O点在竖直平面内作圆周运动,若能通过延长线上的B点(等效最高点)就能做完整的圆周运动,在B点根据向心力公式得:;为临界条件,所以
又因仅重力、电场力对小球做功,由动能定理得:
由以上二式解得: ②(6分)
(其它解法也可以,各种表达自行酌情给分)
考点:共点力平衡、静电场、圆周运动
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