如圖所示,在豎直向下,場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中,長為l的絕緣輕桿可繞固定軸O在豎直面內(nèi)無摩擦轉(zhuǎn)動,兩個小球A、B固定于桿的兩端,A、B的質(zhì)量分別為m1和m2(m1<m2),A帶負(fù)電,電量為q1,B帶正電,電量為q2.桿從靜止開始由水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置,求:
(1)在此過程中電場力所做的功為多少?
(2)在豎直位置處兩球的總動能為多少?
若將輕桿彎折成如圖所示的“!毙,兩邊互相垂直、長度均為
1
2
,兩端各固定一個金屬小球A、B,在豎直向下,場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中,可繞過O點的水平軸在豎直平面內(nèi)無摩擦轉(zhuǎn)動.已知A球質(zhì)量m1=m,電量為+q,B球質(zhì)量m2=7m/2,B球也帶負(fù)電,電量為-q.現(xiàn)將“!毙螚U從OB位于水平位置由靜止釋放,求:
(3)OB桿能轉(zhuǎn)過的最大角度為127°,則該電場強(qiáng)度的大小為多少?
(4)當(dāng)兩球的速度達(dá)到最大時,OB桿轉(zhuǎn)過的角度為多大?
(1)因為桿及AB受力的合力矩為順時針,所以系統(tǒng)沿順時針轉(zhuǎn)動到豎直位置,電場力對A和B都做正功,電場力對A、B做總功為:
WE=q2
L
2
+q1
L
2
=
1
2
(q1+q2)EL,
(2)在此過程中重力對A做正功,對B做負(fù)功,WG=m2
L
2
-m1
L
2
=
1
2
(m2-m1)gL,
設(shè)兩球總動能為Ek,由用動能定理得:
Ek-0=WE+WG=
1
2
(q1E+q2E+m2g-m1g)L,
(3)從OB位于水平位置由靜止釋放到OB桿能轉(zhuǎn)過的角度為127°,根據(jù)動能定理列出等式
3.5mg×0.8×
1
2
L-mg×1.6×
1
2
L-qE×0.8×
1
2
L-qE×1.6×
1
2
L=0-0=0
解得:E=
mg
2q

(4)速度達(dá)到最大時力矩平衡,設(shè)轉(zhuǎn)過的角度為θ,根據(jù)力矩平衡方程得
(qE+mg)sinθ=(3.5mg-qE)cosθ,
解得tanθ=2,即OB桿轉(zhuǎn)過的角度的正切值是2.
答:(1)在此過程中電場力所做的功為
1
2
(q1+q2)EL
(2)在豎直位置處兩球的總動能為
1
2
(q1E+q2E+m2g-m1g)L,
(3)OB桿能轉(zhuǎn)過的最大角度為127°,則該電場強(qiáng)度的大小為
mg
2q

(4)OB桿轉(zhuǎn)過的角度的正切值是2.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題


(1)小球帶何種電荷;
(2)小球從O點拋出到落回x軸的過程中電勢能的改變量;
(3)小球上升的最大高度及初速度v0;
(4)若要使小球通過P點后作直線運動,則在x軸下方所加勻強(qiáng)電場E2的最小值及方向。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖8-3所示,QA=3×10-8C,QB=-3×10-8C,A,B兩球相距5cm,在水平方向外電場作用下,A,B保持靜止,懸線豎直,求A,B連線中點場強(qiáng)。(兩帶電小球可看作質(zhì)點)

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

關(guān)于電場力和電場強(qiáng)度,以下說法正確的是( 。
A.兩個點電荷分別處于電場中的A、B兩點,電荷受到的電場力大處則場強(qiáng)大
B.在電場某點如果沒有檢驗電荷,則電場力為零,電場強(qiáng)度也為零
C.檢驗電荷在電場中某點受到的電場力為零,則該點的場強(qiáng)為零
D.一檢驗電荷在以一個點電荷為球心,半徑為r的球面上各點所受電場力相同

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖所示,在點電荷+Q電場中的一條水平電場線上取a、b兩點,其與O的距離關(guān)系是roa=
1
2
rob,當(dāng)在a處放一電量q=1.5×10-8c帶正電的檢驗電荷時,受到的電場力為F=3×10-6N.試求:
(1)a處的電場強(qiáng)度的大小及方向;
(2)若將檢驗電荷放在b點,點電荷+Q受到的電場力多大?方向怎樣?

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:多選題

固定的等量異號電荷連線的中垂線為MN.P、Q是MN上兩點,如圖,則( 。
A.Q點電場強(qiáng)度大于P點電場強(qiáng)度
B.P、Q兩點場強(qiáng)方向相同
C.P點電勢比Q點電勢低
D.P、Q兩點電勢相等

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

下述說法正確的是( 。
A.由E=
F
q
可知,電場中某點的場強(qiáng)與電場力成正比
B.由ρ=
RS
L
可知,金屬的電阻越大,電阻率也越大
C.電場線一定與等勢面垂直
D.電場線與點電荷在電場中的運動軌跡重合

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

關(guān)于場強(qiáng)的三個公式:①E=
F
q
;②E=
kQ
r2
;③E=
U
d
的適用范圍,下列說法中正確的是( 。
A.三個公式都只能在真空中適用
B.公式②只能在真空中適用,公式①和③在真空中和介質(zhì)中都適用
C.公式②和③只能在真空中適用,公式①在真空中和介質(zhì)中都適用
D.公式①適用于任何電場,公式②只適用于點電荷的電場,公式③只適用于勻強(qiáng)電場

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,電荷量為+q的點電荷與均勻帶電薄板相距為2d,點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心,垂線上的a、b兩點關(guān)于薄板對稱,到薄板的距離都是d.若圖中a點的電場強(qiáng)度為零,則b點的電場強(qiáng)度大小和方向分別為(靜電力常數(shù)k)(  )
A.kq/d2,垂直薄板向左
B.10kq/9d2,垂直薄板向左
C.8kq/9d2,垂直薄板向右
D.kq/9d2,垂直薄板向左

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同步練習(xí)冊答案