Question

3．在电场强度为E=10⁴N/C、方向水平向右的匀强电场中，用一根长l=1m的绝缘细杆（质量不计）固定一个质量为m=0.2kg的电量为q=5×10^-5C带正电的小球，细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动．现将杆从水平位置A轻轻释放，在小球运动到最低点B点时杆的拉力多大？取g=10m/s²．

Answer 1

分析 根据动能定理求出小球到达B点的速度；在最低点，根据径向的合力提供向心力求出杆对小球的作用力．

解答 解：A到B的过程中，重力和电场力做功，根据动能定理得：$mgL+qEL=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}-0$，
解得：${v}_{B}=\sqrt{2gL+\frac{2qEL}{m}}$．
根据牛顿第二定律得：F-mg=m$\frac{{{v}_{{B}^{\;}}}^{2}}{L}$
解得：F=3mg+2qE=3×0.2×10+2×5×10^-5×10⁴=7N．
答：在最低点时绝缘杆对小球的作用力为7N．

点评 本题考查了动能定理和牛顿第二定律的基本运用，知道圆周运动向心力的来源是解决本题的关键．