Question

3．在電場(chǎng)強(qiáng)度為E=10⁴N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，用一根長(zhǎng)l=1m的絕緣細(xì)桿（質(zhì)量不計(jì)）固定一個(gè)質(zhì)量為m=0.2kg的電量為q=5×10^-5C帶正電的小球，細(xì)桿可繞軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)．現(xiàn)將桿從水平位置A輕輕釋放，在小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B點(diǎn)時(shí)桿的拉力多大？取g=10m/s²．

Answer 1

分析 根據(jù)動(dòng)能定理求出小球到達(dá)B點(diǎn)的速度；在最低點(diǎn)，根據(jù)徑向的合力提供向心力求出桿對(duì)小球的作用力．

解答 解：A到B的過程中，重力和電場(chǎng)力做功，根據(jù)動(dòng)能定理得：$mgL+qEL=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}-0$，
解得：${v}_{B}=\sqrt{2gL+\frac{2qEL}{m}}$．
根據(jù)牛頓第二定律得：F-mg=m$\frac{{{v}_{{B}^{\;}}}^{2}}{L}$
解得：F=3mg+2qE=3×0.2×10+2×5×10^-5×10⁴=7N．
答：在最低點(diǎn)時(shí)絕緣桿對(duì)小球的作用力為7N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了動(dòng)能定理和牛頓第二定律的基本運(yùn)用，知道圓周運(yùn)動(dòng)向心力的來源是解決本題的關(guān)鍵．