如图所示,一带正电的长细直棒水平放置,带电细直棒在其周围产生方向向外辐射状的电场,场强大小与直棒的距离成反比.在直棒上方

如图所示,一带正电的长细直棒水平放置,带电细直棒在其周围产生方向向外辐射状的电场,场强大小与直棒的距离成反比.在直棒上方有一长为a的绝缘细线连接了两个质量均为m的小球A、B,A、B所带电荷量分别为+q和+4q,A球距直棒的距离为a,两个球恰好处于静止状态.不计两小球之间的静电力作用,剪断细线,若A球下落的最大速度为vm,求A球下落到速度最大过程中,电场力对A球做的功.
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雏凤声01 幼苗

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解题思路:先对A、B整体受力分析,通过共点力平衡求出系数k;当A球下落时,重力与电场力平衡时速度最大,根据平衡求出下降的距离,再根据动能定理求出电场力所做的功.

带电细直棒在其周围产生方向向外辐射状的电场,场强大小与直棒的距离成反比,故设场强:
E=[k/r]
对AB整体:
q
k
a+4q
k
2a=2mg
解得:k=
2mga
3q
当A下落速度最大时:
q
k
r=mg
代入k得:
r=[2/3a
对A下落过程:
mg(a-r)+W=
1
2m
v2m−0
解得:W=
1
2m
v2m−
mga
3]
答:A球下落到速度最大过程中,电场力对A球做的功为[1/2m
v2m−
mga
3].

点评:
本题考点: 电势差与电场强度的关系.

考点点评: 解决本题的关键能够正确地受力分析,运用共点力平衡求解.以及会根据物体的受力,判断球的运动情况,知道加速度为零时,速度最大.

1年前

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