Question

【題目】空間存在范圍足夠大的水平方向勻強電場，長為L的絕緣細線一端固定于O點，另一端系一帶電量為正q質(zhì)量為m的小球，已知電場強度，OA處于水平方向，OC在豎直方向。小球從A點由靜止釋放，當小球運動到O點正下方B時細線恰好斷裂取，。求：

小球到達B點時的速度大小及此時細線斷裂前對小球拉力的大小；

小球從A點運動到B點過程中的最大速率；

當小球再次運動到OC線上的D點圖中未標出時，小球速度的大小和方向。

Answer 1

【答案】，；；，方向：與豎直方向夾角為：。

【解析】

小球由A到B過程，應用動能定理可以求出小球到達B點的速度，在B點對小球應用牛頓第二定律可以求出細線的拉力。重力與電場力的合力方向為小球的等效平衡位置，小球到達等效平衡位置時速度最大，應用動能定理可以求出小球的最大速度。繩子斷裂后，小球在水平方向做勻減速直線運動，在豎直方向做自由落體運動，應用運動的合成與分解及運動學公式求出小球到達D點時的速度。

設小球運動到B點時速度大小為，小球從A到B過程，

由動能定理得：，
解得：，
在B點，由牛頓第二定律得：，
解得：；
因為電場力與重力的合力方向與豎直方向成，所以當小球運動到細線與豎直方向成時速率最大。
由動能定理得：，
解得：；
細線斷裂后，小球水平方向作勻減速運動，豎直方向作自由落體運動。
水平方向加速度：，
小球再次運動到OC線上的D點所需時間：，
小球到D點時豎直方向的速度：，
水平方向的速度：，
小球的速度：，
設小球的速度方向與豎直方向成角，則：，，