Question

如圖所示，空間存在著方向相同的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，場強(qiáng)方向跟豎直方向

       成角，。一個質(zhì)量為m=0.5kg的帶電小球垂直于紙面向里運(yùn)動時，它恰好沿直線運(yùn)動，取g=10m/s²。

   （1）試判斷小球帶何種電荷？。

   （2）小球在電場中受到的電場力的大小和方向。

   （3）若將小球用長為L=1.2m的絕緣輕細(xì)線懸吊在圖中O點(diǎn)，如圖所示，由靜止釋放小球后，小球擺動到懸線斜向下與水平方向成角的位置時，懸線對O點(diǎn)的拉力的大小是多少？

Answer 1

(1) 帶正電荷(2) 4.0N，方向與電場方向相同(3)5.4N

解析:

  

（1）小球垂直于紙面向里沿直線運(yùn)動，小球受重力mg、電場力F₁和洛倫茲力F₂，這三個力的方向都在豎直平面內(nèi)，與小球的運(yùn)動方向垂直，只有小球帶正電荷，三力才能平衡，如左圖所示，小球才能沿直線運(yùn)動，而且一定是勻速直線運(yùn)動。（4分）

   （2）由三力平衡，如左圖所示，電場力的大小

F₁=mgcosa=4.0N，方向與電場方向相同。（4分）

   （3）小球縣吊在O點(diǎn)由靜止釋放后，受電場力F₁、重力mg和細(xì)線拉力T（還可能受磁場力）作用下，，由靜止開始在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，擺到懸線與水平方向成a角位置時，此時速度方向與磁場方向平行，不受洛倫茲力，如右圖所示。

（4分）

小球由豎直位置擺到圖示位置時，電場力量力做功，有

（4分）

解得T=5.4N

則細(xì)線對O點(diǎn)的拉力大小T’=T=5.4N。（4分）