Question

如圖所示，一根不可伸長的輕細(xì)繩穿過小環(huán)D下端的光滑小孔，繞過輕質(zhì)光滑定滑輪O，一端與放在光滑絕緣斜面上的絕緣棒A連接，絕緣棒的中點(diǎn)帶有點(diǎn)電荷，另一端與穿在光滑豎直細(xì)桿上的小球B連接，整個(gè)裝置在同一豎直平面內(nèi)．當(dāng)系統(tǒng)靜止時(shí)，輕細(xì)繩與豎直細(xì)桿的夾角為θ=30°，D與豎直細(xì)桿間的距離為d．已知斜面傾角α=60°，棒A的長度為L=（2﹣）d，質(zhì)量為m，點(diǎn)電荷電量為+q，重力加速度為g，細(xì)桿、斜面足夠長．試求：

（1）小球B的質(zhì)量；

（2）若在絕緣棒A靜止時(shí)下端位置MN、上端位置PQ（MN、PQ與斜面垂直）之間的區(qū)域內(nèi)加一沿斜面向下的勻強(qiáng)電場（圖中未畫出），小球B運(yùn)動的最高點(diǎn)可達(dá)與D同高的C點(diǎn)，求場強(qiáng)的大�。�

（3）若所加電場的場強(qiáng)大小E=，求絕緣棒A第一次全部離開電場時(shí)，小球的速度．

Answer 1

【考點(diǎn)】： 功能關(guān)系；運(yùn)動的合成和分解．

【分析】： 分別對兩物體受力分析，根據(jù)平衡條件列方程求解；

由速度的合成與分解得到兩個(gè)物塊速度的關(guān)系，對系統(tǒng)由機(jī)械能守恒定律列方程求解．

【解析】： 解：（1）兩物體受力如圖，由平衡條件得：

對A：T=mgsinα

對B：Tcosθ=m_Bg

聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)解得：

（2）由能量守恒得：

聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)解得：

（3）絕緣棒A第一次全部離開電場時(shí)，小球B運(yùn)動到E點(diǎn)，DE與桿的夾角為β，由能量守恒得：

由運(yùn)動分解可得：v_A=v_Bcosβ

由幾何知識可得：

聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)解得：

答：（1）小球B的質(zhì)量為m；

（2）若在絕緣棒A靜止時(shí)下端位置MN、上端位置PQ（MN、PQ與斜面垂直）之間的區(qū)域內(nèi)加一沿斜面向下的勻強(qiáng)電場（圖中未畫出），小球B運(yùn)動的最高點(diǎn)可達(dá)與D同高的C點(diǎn)，場強(qiáng)的大小為；

（3）若所加電場的場強(qiáng)大小E=，絕緣棒A第一次全部離開電場時(shí)，小球的速度為．

【點(diǎn)評】： 解決“繩（桿）端速度分解模型”問題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：

（1）確定合速度，它應(yīng)是m₂的實(shí)際速度；

（2）m₂運(yùn)動引起了兩個(gè)效果：一是左邊繩子的縮短，二是繩繞滑輪的轉(zhuǎn)動．應(yīng)根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行運(yùn)動的分解．