(1)由小球在C点处恰好与滑槽内、外壁均无挤压且无沿切线方向的加速度,可知小球在C点的合力方向一定沿CO且指向O点,所以A处电荷对小球吸引,B处电荷对小球排斥,因为A处电荷为正,所以小球带负电,B带负电,如图所示.
若
小球带正电,B带负电,小球在C点受到A的排斥力,受到B的吸引力,根据平行边形定则可知,两者的合力方向不可能沿CO且指向O点,所以小球带正电,B带负电是不可能的.
(2)因为∠ABC=∠ACB=30°,CO⊥OB,由几何关系得:BC=2ABcos30°=
3 L
由于无切向加速度,小球沿切线方向的合力为零,则有
k
L 2 cos60°=k
Q B q
(
3 L ) 2 cos30°
解得 Q B=
3 Q
(3)以O为原点,OB为x轴正方向,OC为y轴正方向,槽上某点的坐标为(x,y),则该点的电势为
φ=
kQ
y 2 +(
L
2 -x ) 2 -
k
3 Q
y 2 +(
3
2 L-x ) 2
而 x 2 + y 2 =
3
4 L 2
代入上式解得,φ=0
说明圆周上各点电势相等,小球在运动过程中电势能不变,根据能量守恒得知,小球的动能不变,小球做匀速圆周运动.得证.
答:
(1)作出小球在水平面上受力如图,小球带负电,B带负电:
(2)B点电荷的电荷量大小为
3 Q ;
(3)证明见上.