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(2009?长宁区二模)长为l的绝缘细线下端系一质量为m的带电小球a,细线悬挂点位于x轴正上方高为h(h>l)处,小球a同时受到水平绝缘细线的拉力而静止,如图所示.现保持悬线与竖直方向的夹角为θ,在x轴上放置另一带电小球b,让其从o点沿x轴正向移动到某一位置时,使水平绝缘细线的拉力恰减小为零,悬线的拉力恰为mgcosθ,在此过程中悬线中拉力的变化情况是
一直变小
一直变小
;带电小球可视为点电荷,静电力恒量为K,若a、b两小球带电量均为q,则q值为
mg
Ksinθ
(h-lcosθ)
mg
Ksinθ
(h-lcosθ)
.
分析:1、以a点作原点,以细线l为y轴,以垂直于细线l的方向为x轴,建立坐标系,对a球受力分析:小球a受到重力mg、悬线的拉力T、库仑力F和水平绳的拉力T′.作出受力图,并把它们分解到x轴和y轴上.由平衡条件,分别在在x方向上和在y方向上列方程.b球逐渐向右移动时,ab之间的距离减小,库仑力F逐渐增大,方向逐渐向x轴靠近,所以在x轴上的分量逐渐增大.在y轴上的分量逐渐减小.根据平衡条件在x和y方向讨论各个力的变化情况,从而可以知道此过程中悬线中拉力如何变化.
2、y轴方向,根据上面的平衡方程可知,由于悬线的拉力恰为mgcosa,重力分量也是mgcosa,这说明电荷间的作用力,沿y的方向上的分量为0,则电荷间的库仑力只能与悬绳垂直.
所以有F=mgsinθ.此时,ab的距离,有几何关系得:r=
h-lcosθ
sinθ
.故根据库仑定律F=k
q2
r2
=mgsinθ
,即可解得q.
解答:解:(1)以a点作原点,以细线l为y轴,以垂直于细线l的方向为x轴,建立坐标系,对a球受力分析:小球a受到重力mg、悬线的拉力T、库仑力F和水平绳的拉力T′.
把它们分解到x轴和y轴上,如右图所示.由平衡条件得:
在x方向上,mgsinθ=T′x+Fx,
在y方向上,T=T′y+Fy+mgcosθ
b球逐渐向右移动时,ab之间的距离减小,库仑力F逐渐增大,方向逐渐向x轴靠近,所以在x轴上的分量逐渐增大.而由图可看出,在y轴上的分量Fy逐渐减小,最终减为零.
因此,在x方向上,T′x逐渐减小,所以T′逐渐减小,因而T′y逐渐减小.
在y方向上,T′y和Fy逐渐减小,所以T逐渐减小.
即在此过程中悬线中拉力一直变小.
(2)当水平绝缘细线的拉力减小为零时,a球只受到三个力,l的拉力T,重力mg、电荷间的作用力F.
y轴方向,根据上面的平衡方程可知,由于悬线的拉力恰为mgcosa,重力分量也是mgcosa,这说明电荷间的作用力,沿y的方向上的分量为0,则电荷间的作用力的方向垂直于y轴.
x轴方向:F=mgsinθ.
此时,ab的距离,由几何关系得:r=
h-lcosθ
sinθ

根据库仑定律,F=k
q2
r2
=mgsinθ

所以,k
q2
(
h-lcosθ
sinθ
)2
=mgsinθ

解得:q=
mg
ksinθ
(h-lcosθ)

故答案为:一直变小,
mg
ksinθ
(h-lcosθ)
.
点评:对a球受力分析,建立合适的坐标系,把各个力分解到坐标系上,根据平衡条件讨论各个力的变化.关键是要能准确认真作出受力图,这是解题的关键.
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静摩擦力
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2
v
2
v
.

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C
C

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(2)在本实验中为了增大光屏上干涉条纹的间距,可以采用其它条件不变只调节双缝间隙d的方法,应使得d
缩小
缩小
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波长成正比
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长
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1
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-
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