Question

3．一長為L的細(xì)線，上端固定，下端拴一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球，處于如圖所示的水平向右的勻強(qiáng)電場中．開始時，將細(xì)線與小球拉成水平，小球靜止在A點(diǎn)，釋放后小球由靜止開始向下擺動，當(dāng)細(xì)線轉(zhuǎn)過60°角時，小球到達(dá)B點(diǎn)速度恰好為零．試求：
（1）A、B兩點(diǎn)的電勢差U_AB；
（2）勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大�。�

Answer 1

分析 （1）小球從A點(diǎn)由靜止擺動到B點(diǎn)的過程中，重力做正功為mgLsin60°，電場力做功為qU_AB，動能的變化量為0．根據(jù)動能定理求出A、B兩點(diǎn)的電勢差U_AB；
（2）由圖看出AB兩點(diǎn)間沿電場方向的距離為d=L-Lcos60°，由公式U=Ed求解勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E的大小．

解答 解：（1）小球由A→B過程中，由動能定理得：
mgLsin 60°+qU_AB=0
解得：U_AB=$\frac{-\sqrt{3}mgL}{2q}$．
（2）勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為：
E=$\frac{|{U}_{AB}|}fxht33t$=$\frac{|UAB|}{L-Lcos60°}$=$\frac{\sqrt{3}mg}{q}$．
答：（1）A、B兩點(diǎn)的電勢差U_AB為$\frac{-\sqrt{3}mgL}{2q}$．　
（2）勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小是$\frac{\sqrt{3}mg}{q}$．

點(diǎn)評 電勢差是描述電場的能的性質(zhì)的物理量，與電場力做功有關(guān)，常常應(yīng)用動能定理研究電勢差．