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问题: 在水平方向的匀强电场中,一根长度l=0.5m不可能长的不导电细线

在水平方向的匀强电场中,一根长度l=0.5m不可能长的不导电细线,一端连着一个质量为m=1.0*10^3KG的带电小球,其电量q=1.0*10^(-5)C,另一端固定于O点,把小球拉起直至与场强平行,然后无初速度释放,已知小球摆到最低点的另一侧,线与竖直方向的最大夹角为45度,求(1)该场强,(2)小球经过最低点时细线对小球的压力

解答:

解:(1)设电场强度为E,小球摆到最低点另一侧,与竖直方向成45度角时,动能为0,而过程中,重力做正功,电场力做负功,根据能量守恒:
mglcosθ=Eq(l+lsinθ)
得: E=mglcosθ/q(l+lsinθ)=(2^0.5-1)*10^9 V/m
(2)设小球经过最低点时速度为V,同样根据能量守恒:
mgl=Eql+0.5mV^2
而小球作圆周运动,在最低点时,绳子拉力提供向心力:
T=mV^2/l
由以上两式得:
T=mg[1-cosθ/(1+sinθ)]=(2-2^0.5)*10^4 N