Question

如圖所示，空間有場強E=1.0×10²V/m豎直向下的電場，長L=0.8m不可伸長的輕繩固定于O點．另一端系一質量m=0.5kg帶電q=5×10^－2C的小球。拉起小球至繩水平后在A點無初速度釋放，當小球運動至O點的正下方B點時繩恰好斷裂，小球繼續(xù)運動并垂直打在同一豎直平面且與水平面成θ=53°、無限大的擋板MN上的C點。試求：

（1）繩子的最大張力；

（2）A、C兩點的電勢差；

（3）當小球運動至C點時，突然施加一恒力F作用在小球上，同時把擋板迅速水平向右移至某處，若小球仍能垂直打在檔板上，所加恒力F的方向及取值范圍。

 

Answer 1

【答案】

（1）30N（2）125V（3）；恒力F與豎直方向的夾角為α，

【解析】

試題分析：（1）A→B由動能定理及圓周運動知識有：

       ①

      ②

聯解①②得：       ③

（2）B→C由功能關系及電場相關知識有：

      ④

            ⑤

            ⑥

聯解④⑤⑥得： ⑦

（3）由題可知施加恒力F后小球必須做勻速直線或勻加速直線運動，才能垂直打在檔板上。

設恒力F與豎直方向的夾角為α，作出小球的受力矢量三角形分析如圖所示。（或由矢量三角形可知：當F與F_合（或運動）的方向垂直時，F有最小值而無最大值）⑧

由矢量三角形圖有：

       ⑨

    ⑩

聯解⑨⑩得：

        ⑾

         ⑿

若有其他合理解法且答案正確，可同樣給分。

考點：動能定理，豎直平面內圓周運動，電勢差與電場強度的關系，運動的合成與分解

點評：擋板與水平面的夾角沒變，所以若小球仍能垂直打在檔板上，小球應做直線運動，所受合力為零或合力與速度方向同向。