有三根长度均为l=1.00m的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定

有三根长度均为l=1.00m的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定于天花板的O点,另一端分别拴有质量皆为m=1.00×102kg的带电小球A和B,它们的电量分别为-q和+q,q=1.00×107C,A,B之间用第三根线连接起来.空间中存在大小为E=1.00×106N/C的匀强电场,场强方向沿水平向右,平衡时A,B球的位置如图(a)所示.现将O,B间的细线烧断,由于有空气阻力,A,B球最后会达到新的平衡位置,求最后两球的平衡位置.(不计两带电小球间相互作用的静电力)

答案

AB与坚直方向成角.A,B球最后的平衡位置如图(e)所示.

  


解析:

解法一:图(b)中虚线表示A,B球原来的平衡位置,实线表示烧断后重新达到的平衡位置,其中α,β分别表示OA,AB与竖直方向的夹角.

A球受力如图(c)所示,重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向

左;细线OA对A的拉力T1,方向如图所示,细线AB对A的拉力T2,方向如图所示.由平衡条件得

qE=T1sinα+T2sinβ,①

T1cosα=mg+T2cosβ,②

  B球受力如图(d)所示,重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向右;细线AB对A的拉力T2,方向如图.由平衡条件得:

T2sinβ=qE,③

T2cosβ=mg,④

  联立以上各式并代入数据,得:α=0,β=

  由此可知,A,B球重新达到平衡的位置如图(e)所示.

  解法二:把A,B两球当作一整体,因A,B两球总电量为零,在电场中A,B两球所受电场力必为零,故当达到新的平衡状态时细线OA必沿竖直方向.而单独对B球而言,B球受力如图(d)所示,重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向右;细线AB对A的拉力T2,方向如图.

  由平衡条件得:T2sinβ=qE,T2cosβ=mg.

  由此两式可得:AB与坚直方向成角.A,B球最后的平衡位置如图(e)所示.

  巧解分析:O,B间的细线烧断后,B球在重力、AB线间的张力与电场力作用下将向右偏下运动,A球在AB线间的张力、重力、电场力、OA线的张力作用下运动,最后,A,B球达到新的平衡位置.在解题过程中首先必须确定新的平衡位置究竟是什么位置,这是这道高考题最关键之处.具体方法:既可以用隔离的方法求出OA或AB与竖直方向的夹角,也可用整体的方法求.

     ★ 试题错析: 思维诊断:此题画受力图容易出错或画不出受力图,而且列平衡条件方程出现错误,解不出正确的α,β角度,此题还要求同学具有较强的分析和利用数学解决问题的能力.

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