20.如圖所示,一質(zhì)量為m的帶電小球,用長為L的絕緣細(xì)線懸掛在水平向右,場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中,靜止時懸線與豎直方向成θ角(θ<45°)
(1)求小球帶何種電性及所帶電荷量大。
(2)如果不改變電場強(qiáng)度的大小而突然將電場的方向變?yōu)樨Q直向下,帶電小球的最大速度值是多少?

分析 (1)小球處于靜止?fàn)顟B(tài),分析受力,作出力圖,根據(jù)電場力與場強(qiáng)方向的關(guān)系可判斷電性;根據(jù)平衡條件和電場力公式求解電場強(qiáng)度E.
(2)如果不改變電場強(qiáng)度的大小而突然將電場的方向變?yōu)樨Q直向下,則電場力向上,在最低點速度最大,根據(jù)動能定理列式求解.

解答 解:(1)小球處于靜止?fàn)顟B(tài),小球受到重力、繩子的拉力和電場力三力平衡,受力分析如圖所示:

小球所受的電場力方向水平向左,與場強(qiáng)方向相反,可知該小球帶負(fù)電;
根據(jù)平衡條件得:tanθ=$\frac{qE}{G}$=$\frac{qE}{mg}$
則得電場強(qiáng)度為:E=$\frac{mgtanθ}{q}$;
(2)如果不改變電場強(qiáng)度的大小而突然將電場的方向變?yōu)樨Q直向下,則電場力向上,在最低點速度最大,根據(jù)動能定理,有:
(mg-qE)L(1-cosθ)=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得:
v=$\sqrt{\frac{2(mg-qE)L(1-cosθ)}{m}}$
答:(1)小球帶負(fù)電,所帶電荷量大小為$\frac{mgtanθ}{q}$;
(2)如果不改變電場強(qiáng)度的大小而突然將電場的方向變?yōu)樨Q直向下,帶電小球的最大速度值是$\sqrt{\frac{2(mg-qE)L(1-cosθ)}{m}}$.

點評 本題是帶電體在電場中平衡問題,分析受力情況是解題的關(guān)鍵,并能根據(jù)受力情況判斷改變場強(qiáng)方向后小球的運(yùn)動情況.

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將s2切換到a,多次調(diào)電阻箱,閉合s1,讀出電阻箱的示數(shù)R和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U,由測得的數(shù)據(jù),繪出如圖丙$\frac{1}{U}-\frac{1}{R}$所示的圖象.由此可求得電池組電動勢E及內(nèi)阻r,其中,電源E=2v,內(nèi)阻r=0.5Ω.

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