16.如图所示,水平向左的匀强电场中,用长为l的绝缘轻质细线悬挂一小球,小球质量为m,带电量为+q,将小球拉至竖直方向最低位置A点处无初速度释放,小球将向左摆动,细线向左偏离竖直方向的最大角度θ=74°。(重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
⑴求电场强度的大小E;
⑵求小球向左摆动的过程中,对细线拉力的最大值;
⑶若从A点处释放小球时,给小球一个水平向左的初速度v0,则为保证小球能做完整的圆周运动,v0的大小应满足什么条件?
(1) (2) (3)
(1)设小球最大摆角位置为
(2)重力与电场力的合力大小为: (1)
其方向指向左下方,设与竖直方向成角,根据几何关系有: 即 (2)
当小球摆动至细线沿此方向,设为
(3)
小球在由
(4)
根据牛顿第三定律可知小球对细线的拉力为:
考查方向
(1)小球将向左摆动,细线向左偏高竖直方向的最大角度θ=74°根据对称性,此时必有重力与电场力的合力与角分线在同一条线上,据此求解E.
(2)小球从B到D的过程等效重力场,由动能定理,结合牛顿运动定律,列式求解.
1、找不到小球在复合场中的平衡位置;2、不能用动能定理和牛顿第二定律解答圆周运动问题;3、不能用等效的观点分析问题