问题
问答题
一长为L的绝缘细线下端系质量为m的金属小球,并带有-q的电荷量,在细线的悬点0处放一带电荷量为+q的点电荷.要使金属球能在竖直平面内做完整的圆周运动,求:
(1)金属球在最高点受到的库仑力多大?
(2)金属球在最高点的速度至少多大?
(3)如果金属球在最高点的速度为V,则它通过最低点时的速度多大?

答案
(1)根据库仑定律得金属球在最高点受到的库仑力:F=
.kq2 L2
(2)当小球在最高点绳子拉力为零时速度最小,最小速度为V1
根据牛顿第二定律得:
mg+
=mkq2 L2 v 21 L
V1=gL+ kq2 mL
(3)小球从最高点到最低点的过程中,电场力做功为零,如果金属球在最高点的速度为V,设最低点的速度为v2,
据动能定理有:mg•2L=
mv22-1 2
mv21 2
V2=4gL+v2
答:(1)金属球在最高点受到的库仑力是kq2 L2
(2)金属球在最高点的速度至少是gL+ kq2 mL
(3)如果金属球在最高点的速度为V,则它通过最低点时的速度是4gL+v2