Question

2．如圖所示，在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，長(zhǎng)為l的絕緣輕桿可繞固定軸O在豎直面內(nèi)無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)小球A、B固定于桿的兩端，A、B的質(zhì)量分別為3m和5m，A帶負(fù)電，電量為q，B帶正電，電量也為q．若桿在水平位置，由靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，桿能轉(zhuǎn)過(guò)的最大角度為53°，則勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=$\frac{2mg}{q}$；在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，則AB兩球組成的系統(tǒng)的電勢(shì)能的改變量為0.8mgL．

Answer 1

分析 當(dāng)電場(chǎng)力和重力所做的總功為零時(shí)，此時(shí)桿子轉(zhuǎn)過(guò)的角度最大；由動(dòng)能定理可求得電場(chǎng)強(qiáng)度及電熱能的改變量．

解答 解：對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用動(dòng)能定理，當(dāng)電場(chǎng)力和重力做功的代數(shù)和為零時(shí)，兩球組成的系統(tǒng)動(dòng)能變化量為零，此時(shí)桿子轉(zhuǎn)過(guò)的角度最大．
有：2mg•$\frac{l}{2}$sin53°-mg•$\frac{l}{2}$sin53°-2qE$\frac{l}{2}$（1-cos53°）=0
解得：E=$\frac{2mg}{q}$．
電勢(shì)能的改變量等于電場(chǎng)力所做的功；由動(dòng)能定理可知，故
W+（5mg•$\frac{L}{2}$sin53°-3mg•$\frac{L}{2}$sin53°）=0；
解得：W=-0.8mgL；
因電場(chǎng)力做負(fù)功，故說(shuō)明電勢(shì)能增加了0.8mgL；
故答案為：$\frac{2mg}{q}$；0.8mgL．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電場(chǎng)力做功及功能關(guān)系，要注意明確重力和電場(chǎng)力均為保守力，重力做功對(duì)應(yīng)了重力勢(shì)能改變量；電場(chǎng)力做功對(duì)應(yīng)電勢(shì)能的改變量．