(10分)如圖所示,在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣輕桿,一端固定于O點(diǎn),桿可繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。桿的另一端連接一質(zhì)量為m的帶正電小球,小球受到的電場(chǎng)力是重力的倍,要使小球能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),則小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)的速度最小為多少?
解析:這是一個(gè)復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題:重力場(chǎng)與電場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng),我們最習(xí)慣于研究重力場(chǎng)中的豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng),我們就把復(fù)合場(chǎng)類(lèi)比于重力場(chǎng)進(jìn)行解題,首先確定復(fù)合場(chǎng)方向即小球的平衡位置。受力分析知,小球的平衡位置為與豎直方向夾角30°,復(fù)合場(chǎng)的等效成重力場(chǎng)的等效加速度為,如下圖A點(diǎn)是平衡位置,B點(diǎn)是等效重力場(chǎng)中的最高點(diǎn),C點(diǎn)是幾何上最高點(diǎn),也就是我們要求的最高點(diǎn)。
因?yàn)槭菞U子所以B點(diǎn)的最小速度為0,再在BC間用動(dòng)能定理可求得C點(diǎn)的速度;或類(lèi)比于重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算,最后只需將g改成即可。小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)的速度最小為
錯(cuò)解分析:錯(cuò)解一:忽略電場(chǎng)的作用,直接應(yīng)用結(jié)論,小球在最高點(diǎn)的最小速度為0。
錯(cuò)解二:不知桿與繩的區(qū)別,不會(huì)用合場(chǎng)的思想類(lèi)比重力場(chǎng)進(jìn)行解題,錯(cuò)解答案較多。
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