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如圖所示,水平向右的勻強電場場強為E,有一絕緣輕細桿長為l,一端可繞O點在豎直面內無摩擦轉動,另一端粘有一帶正電荷的小球,電量為q,質量為m,將小球拉成與O點等高的A點后自由釋放,求:
(1)小球從A釋放到達最低點B電勢能變化了多少?
(2)小球到達最低點B時絕緣桿給小球的力.
分析:帶正電小球由靜止從A點釋放,當擺到勻強電場最低點B,則在運動過程中電勢能變化就等于電場力做功,而由動能定理可求出小球在B點的速度大小,從而運用牛頓第二定律可算出小球到達最低點B時絕緣桿給小球的力.
解答:解:(1)從A到B,電場力做正功W=qEL,所以電勢能減少了qEL
(2)從A到B,由動能定理得:
MgL+qEL=
1
2mv2

在B點牛頓第二定律F-mg=
mv2
L

解得小球到達最低點B時絕緣桿給小球的力:F=3mg+2qE
點評:本題是牛頓運動定律與動能定理相綜合的題目,而電場力做功決定電勢能變化,若做正功,電勢能減少;若做負功,則電勢能增加.類似于重力做功與重力勢能的關系.
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(1)當小球靜止時細線與豎直方向的夾角θ;
(2)讓細線剛好拉直且處于水平方向,小球從圖中C點由靜止釋放,求小球運動到O點正下方時速度大。
(3)讓細線剛好拉直且處于豎直方向,小球從圖中B點由水平向右以4m/s的初速度開始運動,求小球運動到O點正下方時對細線的拉力.

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