高中 | 牛顿第三定律 题目答案及解析

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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$mg\tan 37^\circ =qE$

$E=\dfrac{3mg}{4q}$

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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