物理
如图,空间有一竖直向下沿x轴方向的静电场,电场的场强大小按E=kx分布(x是轴上某点到O点的距离),k=mg3qL.x轴上,有一长为L的绝缘细线连接A、B两个小球,两球质量均为m,B球带负电,带电量为 q,A球距O点的距离为L.两球现处于静止状态,不计两球之间的静电力作用. (1)求A球的带电量qA;(2)将A、B间细线剪断,描述B球的运动情况,并分析说明理由;(3)剪断细线后,求B球的最大速度vm.

2019-06-26

如图,空间有一竖直向下沿x轴方向的静电场,电场的场强大小按E=kx分布(x是轴上某点到O点的距离),k=
mg
3qL
.x轴上,有一长为L的绝缘细线连接A、B两个小球,两球质量均为m,B球带负电,带电量为 q,A球距O点的距离为L.两球现处于静止状态,不计两球之间的静电力作用.
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(1)求A球的带电量qA
(2)将A、B间细线剪断,描述B球的运动情况,并分析说明理由;
(3)剪断细线后,求B球的最大速度vm
优质解答
(1)A、B两球静止时,A球所处位置场强为E1=kL=
mg
3q

B球所处位置场强为E2=k•2L=
2mg
3q
     
对A、B由整体法得:2mg+qAE1-qE2=0
解得:qA=-4q                    
(2)剪断细线后,B球初始受到合力F=mg-
2
3
mg=
1
3
mg,方向竖直向下,B球开始向下运动;
运动后,B球受力为F=mg-kxq,随x增大,F减小,所以B球做加速度减小的加速运动;
当F减小为零时,B球速度达到最大,继续向下运动,F方向向上,并逐渐增大,B球做加速度增大的减速运动.
当速度减小为零后,此时电场力大于重力,B球反向运动,最终B球做往复运动.
(3)当B球下落速度达到最大时,B球距O点距离为x0
mg=qEq
mg
3qL
x0
      解得:x0=3L
当B球下落速度达到最大时,B球距O点距离为3L
运动过程中,电场力大小线性变化,所以由动能定理得:
,gL-
.
E
qL=
1
2
mv
2
m
-
1
2
mv
2
0

.
E
q=
2
3
mg+mg
2
=
5
6
mg

解得:vm=
gL
3
                       
答:(1)求A球的带电量qA为-4q
(2)B球做往复运动
(3)剪断细线后,求B球的最大速度vm
gL
3
(1)A、B两球静止时,A球所处位置场强为E1=kL=
mg
3q

B球所处位置场强为E2=k•2L=
2mg
3q
     
对A、B由整体法得:2mg+qAE1-qE2=0
解得:qA=-4q                    
(2)剪断细线后,B球初始受到合力F=mg-
2
3
mg=
1
3
mg,方向竖直向下,B球开始向下运动;
运动后,B球受力为F=mg-kxq,随x增大,F减小,所以B球做加速度减小的加速运动;
当F减小为零时,B球速度达到最大,继续向下运动,F方向向上,并逐渐增大,B球做加速度增大的减速运动.
当速度减小为零后,此时电场力大于重力,B球反向运动,最终B球做往复运动.
(3)当B球下落速度达到最大时,B球距O点距离为x0
mg=qEq
mg
3qL
x0
      解得:x0=3L
当B球下落速度达到最大时,B球距O点距离为3L
运动过程中,电场力大小线性变化,所以由动能定理得:
,gL-
.
E
qL=
1
2
mv
2
m
-
1
2
mv
2
0

.
E
q=
2
3
mg+mg
2
=
5
6
mg

解得:vm=
gL
3
                       
答:(1)求A球的带电量qA为-4q
(2)B球做往复运动
(3)剪断细线后,求B球的最大速度vm
gL
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