Question

11．如圖所示，相距為18cm的AB、CD兩平行帶電金屬板豎直放置，在CD板上的某點O，用絕緣細線懸掛一質(zhì)量為4g的帶電小球，帶電量q=6×10^-7C，小球大小可以忽略，其所帶電荷不影響平行板間的電場，懸線與豎直方向夾角θ=37°，小球處于靜止狀態(tài)．（sin37°=0.6，cos37°=0.8）試求：
（1）兩板間的電壓為多少？
（2）若某時刻剪斷細線，小球經(jīng)0.2s到達AB板，則小球到達AB板時的速度為多大？細線長為多少？

Answer 1

分析 （1）對小球受力分析，有平衡條件求電場力，得到電場強度，由電場強度與電勢差的關(guān)系，可求電壓；
（2）細線剪斷后小球受到重力、電場力，合力為恒力，做勻加速直線運動，由牛頓第二定律求加速度，由運動學(xué)公式求解．

解答 解：（1）小球靜止時受力平衡，如圖，則
  qE=Tsin37°
  mg=Tcos37°
可得 E=$\frac{mgtan37°}{q}$
兩板間的電壓 U=Ed
聯(lián)立解得  U=9000V
（2）剪斷細線后小球做勻加速直線運動，由牛頓第二定律得
  $\frac{mg}{cos37°}$=ma
  v=at=2.5m/s
  x=$\frac{v}{2}t$=0.25m
根據(jù)幾何關(guān)系可得
  x+l=$\frac{\fracgwpufaw{2}}{cos37°}$
解得細線長 l=0.05m
答：
（1）兩板間的電壓為9000V．
（2）若某時刻剪斷細線，小球經(jīng)0.2s到達AB板，則小球到達AB板時的速度為2.5m/s，細線長為0.05m．

點評 本題考查了帶電粒子在電場中的受力平衡問題，第2問由受力情況判斷運動情況，運用動力學(xué)方法的解答．