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必修1
第四章 牛顿运动定律
4.5 牛顿第三定律
牛顿第三定律
用一根长为$l$的丝线吊着一质量为$m$、带电荷量为$q$的小球,小球静止在水平向右的匀强电场中,如图所示,丝线与竖直方向成$37^\circ $角。现突然将该电场方向变为向下但大小不变,不考虑因电场的改变而带来的其他影响(重力加速度为$g$),求:
小球带哪种电荷?
正电;
"]]小球静止时受到的电场力方向向右,与电场方向相同,故小球带正电;
匀强电场的电场强度的大小;
$\\dfrac{3mg}{4q}$;
"]]小球静止在电场中受力如图所示
由平衡条件得$mg\tan 37^\circ =qE$
故$E=\dfrac{3mg}{4q}$;
小球经过最低点时球对丝线的拉力大小。
$\\dfrac{49}{20}mg$。
"]]当电场方向变成向下后,小球开始摆动到最低点,由动能定理得$\dfrac{1}{2}mv^{2}=(mg+qE)l\left( 1-\cos 37^\circ \right)$
受力分析如图所示
由圆周运动知识,在最低点时$F_{T}-(mg+qE)=m\dfrac{v^{2}}{l}$
解得$F_{T}=\dfrac{49}{20}mg$
由牛顿第三定律知,球对丝线的拉力大小${F'}_{T}=F_{T}=\dfrac{49}{20}mg$。
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