Question

如圖，質(zhì)量為2.5g的帶電小球，用長為L的絕緣絲線懸掛在平行板電容器兩豎直金屬板之間，電源電壓為100V，兩金屬板間距離為20cm，開關(guān)閉合后，金屬板間形成勻強(qiáng)電場．絲線與豎直方向成30°角時，小球位于左側(cè)A點處于平衡狀態(tài)．
求：
（1）小球帶什么電？電量是多少？
（2）若用絕緣絲線把小球拉到B點并與C點連接（OB與豎直線夾角為60°），水平線BC的拉力為多大？
（3）把BC線剪斷，小球擺到最低點O′時，懸線拉力多大？

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)小球受力平衡求出小球所受的電場力，進(jìn)而判斷小球的電性計算小球的帶電量；
（2）在B點對小球進(jìn)行受力分析即可求得水平線BC的拉力；
（3）先根據(jù)動能定理求出小球到達(dá)O′時的速度，再根據(jù)向心力公式求解懸線拉力．
解答：解：（1）小球位于左側(cè)A點處于平衡狀態(tài)，受力平衡，小球受重力，繩子的拉力和電場力，
根據(jù)平衡條件可得：
F_電=mgtan30°
Eq=mgtan30°
q==C
因為電場強(qiáng)度方向水平向右，電場力方向水平向左，所以小球帶負(fù)電；
（2）在B點對小球進(jìn)行受力分析，由平衡條件得：
T_BC=mgtan60°+Eq=N
（3）從B點到小球擺到最低點O′的過程中運(yùn)用動能定理得：

根據(jù)向心力公式得：
T-mg=m
解得：T=7.5×10^-2N
答：（1）小球帶負(fù)電，電量是C；
（2）水平線BC的拉力為N
（3）把BC線剪斷，小球擺到最低點O′時，懸線拉力為=7.5×10^-2N．
點評：解決本題的關(guān)鍵是受力分析，根據(jù)共點力平衡求解力，以及知道勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系．