原标题: 2021年国家电网学校招聘电气类考点:绝缘细直杆
一根长L=1.5 m的润滑绝缘细直杆MN,竖直固定在场强为E=1.0×105 N/C、与水平方向成θ=30°角的歪斜向上的匀强电场中。杆的下端M固定一个带电小球A,电荷量Q=+4.5×10-6 C;另一带电小球B穿在杆上可自在滑动,电荷量q=+1.0×10一6 C,质量m=1.0×10一2 kg。现将小球B从杆的上端N停止开释,小球B开端运动。(静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,取g=l0 m/s2)
⑴小球B开端运动时的加速度为多大?
⑵小球B的速度最大时,距M端的高度h1为多大?
⑶小球B从N端运动到距M端的高度h2=0.6l m时,速度为v=1.0 m/s,求此过程中小球B的电势能改变了多少?
解:(1)开端运动时小球B受重力、库仑力、杆的弹力和电场力,沿杆方向运动,由牛顿第二定律得
①
解得 ②
代入数据解得:a=3.2m/s2 ③
(2)小球B速度最大时合力为零,即
④
解得 ⑤
代入数据解得h1=0.9m ⑥
(3)小球B从开端运动到速度为v的过程中,设重力做功为W1,电场力做功为W2,库仑力做功为W3,依据动能定理有
⑦
W1=mg(L-h2) ⑧
W2=-qE(L-h2)sinθ ⑨
解得 ⑩
设小球的电势能改变了ΔEP,则
ΔEP=-(W2+W3)
ΔEP=8.2×10-2J
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