解题思路:(1)小球静止在B点时,受到电场力qE、重力mg和绳的拉力作用,根据共点力平衡条件列式,可求出电场力的大小.小球从A点运动到C点的过程,根据动能定理求小球运动通过最低点C时的速度大小.(2)小球通过最低点C时,由细线对小球的拉力和重力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求拉力.(3)要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动,小球必须能通过B点关于O点的对称性,此对称点设为D,小球恰好通过D点时,由电场力与重力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出临界速度,再根据动能定理求解速度v0.
(1)小球受到电场力qE、重力mg和绳的拉力作用处于静止,根据共点力平衡条件有:
F=qE=mgtan37°=0.2×10×0.75N=1.5N;
小球从A点运动到C点的过程,根据动能定理有:
mgL-EqL=
1
2mvC2
代入数据解得:vC=
2m/s
(2)在C点,由细线对小球的拉力和重力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律得:
T-mg=m
vC2
L
将vC=
2m/s代入解得:T=3N
(3)若能通过圆周上B点关于O点的对称性时,则能做完整的圆周运动,设对称点为D,通过D点最小速度为v:
小球恰好通过D点时,由电场力与重力的合力提供向心力,得:
[mg/cosθ=m
v2
L]
从A到D的过程,运用动能定理得:
-mgLcosθ-Eq(L+Lsinθ)=[1/2]mv2-[1/2]mv02;
代入数据解得:v0=
21m/s
答:(1)小球运动通过最低点C时的速度大小是
2m/s.
(2)小球通过最低点C时细线对小球的拉力大小是3N.
(3)若要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动,则须使小球有初速度,若在A处给小球一竖直向下的速度v0,其值至少应为
21m/s.
点评:
本题考点: 匀强电场中电势差和电场强度的关系.
考点点评: 本题是共点力平衡、动能定理和牛顿第二定律的综合应用,关键要找到物理的最高点D,把握最高点的临界条件:绳子拉力为零,由电场力与重力的合力提供向心力.