如图所示,用长为L的丝线一端连接质量为m,带电量为+q的小球,另一端悬挂于O点,处在水平向右的匀强电场
如图所示,用长为L的丝线一端连接质量为m,带电量为+q的小球,另一端悬挂于O点,处在水平向右的匀强电场(足够大的空间)中,场强大小为E=3mg3q,今将小球拉至与O点等高...
如图所示,用长为L的丝线一端连接质量为m,带电量为+q的小球,另一端悬挂于O点,处在水平向右的匀强电场(足够大的空间)中,场强大小为E=3mg3q,今将小球拉至与O点等高的A点后,(1)若小球在A点以与AO成300角斜向右上方的初速v0抛出,恰能击中O点,求v0的大小.(2)若小球由静止释放,求小球落至最低点B处的速度大小.(3)在(2)小题的条件下,若小球落至最低B处时,绳突然断开,同时将电场等大反向,求小球在以后的运动过程中的最小动能.
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(1)小球所受的合力F合=
mg,小球的初速度方向与合力的方向垂直,小球做类平抛运动.
当小球击中O点时,沿合力方向上的位移为
L,垂直合力方向上的位移为
,
小球的加速度a=
=
g,
根据
L=
at2得,t=
=
,
则v0=
=
.
(2)由题意知:小球受水平向右的电场力qE和重力mg的作用,使物体沿合力的方向做匀加速直线运动到C点,如图1所示.由几何知识得LAC=L,由动能定理可得:
F合 L=
mvc2
=
mvc2,
解得vC=
,
由于绳子给小球一冲量使小球沿绳方向的速度减为零.
沿切线方向的速度为vC′=vCcos30°=
,
此后小球C点到B点的过程中,绳子对小球不做功,电场和重力均对小球做正功,则有:
mg(L-Lcos30°)+qELsin30°=
mvB2?
mvC′2,
解得vB=1.6
.
(3)绳断后,电场反向,则重力和电场力的合力对小球先做负功后做正功,则小球动能减少最多处,其功能才最小.合力对小球所做的负功最大处沿合力的反方向的速度减为零,只有沿合力垂直方向的速度(如图2所示),则:
vL=vBcos30°=
2
| ||
3 |
当小球击中O点时,沿合力方向上的位移为
1 |
2 |
| ||
2 |
小球的加速度a=
F合 |
m |
2
| ||
3 |
根据
1 |
2 |
1 |
2 |
|
|
则v0=
| ||||||
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|
(2)由题意知:小球受水平向右的电场力qE和重力mg的作用,使物体沿合力的方向做匀加速直线运动到C点,如图1所示.由几何知识得LAC=L,由动能定理可得:
F合 L=
1 |
2 |
mgL |
cos30° |
1 |
2 |
解得vC=
2 | |||
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gL |
由于绳子给小球一冲量使小球沿绳方向的速度减为零.
沿切线方向的速度为vC′=vCcos30°=
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此后小球C点到B点的过程中,绳子对小球不做功,电场和重力均对小球做正功,则有:
mg(L-Lcos30°)+qELsin30°=
1 |
2 |
1 |
2 |
解得vB=1.6
gL |
(3)绳断后,电场反向,则重力和电场力的合力对小球先做负功后做正功,则小球动能减少最多处,其功能才最小.合力对小球所做的负功最大处沿合力的反方向的速度减为零,只有沿合力垂直方向的速度(如图2所示),则:
vL=vBcos30°=
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