如圖(a),長度L=0.8m的光滑桿左端固定一帶正電的點電荷A,其電荷量Q=;一質量m=0.02kg,帶電量為...
問題詳情:
如圖(a),長度L=0.8m的光滑桿左端固定一帶正電的點電荷A,其電荷量Q=;一質量m=0.02kg,帶電量為q的小球B套在杆上.將杆沿水平方向固定於某非均勻外電場中,以杆左端為原點,沿杆向右為x軸正方向建立座標系.點電荷A對小球B的作用力隨B位置x的變化關係如圖(b)中曲線I所示,小球B所受水平方向的合力隨B位置x的變化關係如圖(b)中曲線II所示,其中曲線II在0.16≤x≤0.20和x≥0.40範圍可近似看作直線.求:(靜電力常量)
(1)小球B所帶電量q;
(2)非均勻外電場在x=0.3m處沿細杆方向的電場強度大小E;
(3)在合電場中,x=0.4m與x=0.6m之間的電勢差U.
(4)已知小球在x=0.2m處獲得v=0.4m/s的初速度時,最遠可以運動到x=0.4m.若小球在x=0.16m處受到方向向右,大小為0.04N的恆力作用後,由靜止開始運動,為使小球能離開細杆,恆力作用的最小距離s是多少?
【回答】
(1)(2)(3)800 V(4)0.065m
【詳解】
(1)由圖可知,當x=0.3m時,
因此.
(2)設在x=0.3m處點電荷與小球間作用力為F2,
F合=F2+qE
因此
電場在x=0.3m處沿細杆方向的電場強度大小為3,方向水平向左.
(3)根據圖像可知在x=0.4m與x=0.6m之間合力做功大小
W合=0.0040.2 J=810-4J
由qU=W合
可得
(4)由圖可知小球從x=0.16m到x=0.2m處
電場力做功
小球從到處
電場力做功==
由圖可知小球從到處
電場力做功=-0.004×0.4 J=
由動能定理+++=0
解得=
【點睛】
通過圖線1位置0.3m處和庫侖定律計算小球B帶電量;再根據圖像分析0.3m處合力向左,庫侖力向右,可以計算出該位置外加電場的電場力,進而計算外加電場電場強度;在0.4m到0.6m處合電場是勻強電場,根據qU=W合可以計算兩位置電勢差;通過動能定理計算距離.
知識點:電勢差
題型:解答題