解题思路:先对物体A受力分析,根据平衡条件并运用正交分解法列方程;再对物体B受力分析,并运用平衡条件列方程;最后联立方程组求解.
图1中虚线表示A、B球原来的平衡位置,实线表示烧断后重新达到平衡的位置,其中α、β分别表示细线OA、AB与竖直方向的夹角.
A球受力如图2所示:重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向左;细线OA对A的拉力T1,方向如图;细线AB对A的拉力T2,方向如图.由平衡条件:T1sinα+T2sinβ=qE…①
T1cosα=mg+T2cosβ…②
B球受力如图3所示:重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向右;细线AB对B的拉力T2,方向如图.
由平衡条件有:T2sinβ=qE…③
T2cosβ=mg…④
联立以上各式并代入数据,得:
α=0…⑤
β=45°…⑥
由此可知,A、B球重新达到平衡的位置如图4所示.与原来位置相比,A球的重力势能减少了:EA=mgl(1-sin60°)…⑦
B球的重力势能减少了:EB=mgl(1-sin60°+cos45°)…⑧
A球的电势能增加了:WA=qElcos60°…⑨
B球的电势能减少了:
WB=qEl(sin45°-sin30°)…⑩
两种势能总和减少了:W=WB-WA+EA+EB
代入数据解得:W=6.8×10-2J
答:最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了6.8×10-2J
点评:
本题考点: 共点力平衡的条件及其应用;力的合成与分解的运用;能量守恒定律.
考点点评: 本题先对两个电荷整体受力分析并运用平衡条件列式,然后再对电荷B分析后列平衡条件.关键在于正确确定研究对象并进行受力分析,从而得出正确的结果.