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高中 | 受力分析题目答案及解析如下,仅供参考!
必修1
第三章 相互作用
3.5 力的分解
受力分析
如图所示,一质量为$m$、电荷量大小为$q$的正电小球,用绝缘细线悬挂在水平方向的匀强电场中,假设电场分布范围足够大,静止时细线向左偏离竖直方向夹角为$37^\circ $。小球在运动过程中电荷量保持不变,重力加速度为$g$,($\sin 37^\circ =0.6$,$\cos 37^\circ =0.8$)。求:
匀强电场的电场强度$E$大小和方向;
$\\dfrac{3mg}{4q}$,水平向左;
"]]小球在电场中静止时根据共点力平衡得$qE=mg\tan 37^\circ $
则$E=\dfrac{mg\tan 37^\circ }{q}=\dfrac{3mg}{4q}$
方向水平向左;
若将原电场方向改为竖直向上,大小保持不变,则小球从图示位置由静止释放瞬间绳子的拉力大小;
$\\dfrac{1}{5}mg$;
"]]若将原电场方向改为竖直向上时小球释放的瞬间向心力为零,根据牛顿第二定律得$T=(mg-qE)\cos 37^\circ =\dfrac{1}{5}mg$
若将原电场方向改为竖直向上,大小保持不变,则小球从图示位置由静止释放后运动过程中细线的最大拉力大小
$\\dfrac{7}{20}mg$
"]]根据小球的运动情况可知小球在最低点时拉力最大,小球从图示位置到最低点处根据动能定理得$(mg-qE)l(1-\cos 37^\circ )=\dfrac{1}{2}mv^{2}$
在最低点处$T+qE-mg=\dfrac{mv^{2}}{l}$
故细线所受得最大拉力为$\dfrac{7}{20}mg$。
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