如图所示,一质量为m 的塑料球形容器放在桌面上,它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧直立地固定于容器内壁的底部,弹簧上

问题描述:

如图所示,一质量为m 的塑料球形容器放在桌面上,它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧直立地固定于容器内壁的底部,弹簧上端经绝缘物系住一只带正电q、质量也为m的小球静止,现从加一个向上的场强为E的匀强电场起,到容器对桌面压力减为零时为止.求:
(1)小球的电势能改变量;
(2)容器对桌面压力减为零时小球的速度大小.
易易美人雨 的回答太让我感动了!
但是,我还是有一点不懂的地方:“而容器则是被弹簧带起来的”,呃,这句话有点不好理解.能否再解释一下……恕我愚钝……
1个回答 分类:物理 2014-10-24

问题解答:

我来补答
小球的电势能之所以改变,是由于小球在电场中的位置改变,而由于小球是连接的弹簧上的,所以小球的位置改变是可以从弹簧的长度变化上来得出的.
没有加电场的时候,容器是放在桌上的,而小球是放在弹簧上的.
小球的平衡,是由重力和弹簧对小球的支持力来得到的,所以这个时候弹簧对小球的支持力(即弹簧的弹力)=小球的重力.此时弹簧处在被压缩的状态,至于被压缩的长度L1=mg/k.
当加上电场,容器对桌面压力为零的时候,小球是被电场的排斥作用带起来的,而容器则是被弹簧带起来的,也就是说,此时整个小球与容器的系统是由重力和电场对小球的排斥力来平衡的.此时弹簧由于是要把容器向上拉起来,所以是处在伸长的状态,而且弹力的大小就是容器的重力mg,所以此时弹簧的伸长量L2=mg/k.
一个是压缩,一个是伸长,所以弹簧的长度改变量就是2mg/k.
所以小球的位移也就是2mg/k.然后用公式套出来,电势能的改变量为Eq*2mg/k.(由于是电场对小球做功,所以小球的势能是减小.)
至于第(2)问,就是一个能量的转换过程.
在一开始加入电场的状态中,小球具有弹性势能,重力势能,和电势能.
而在末状态中,小球具有动能,弹性势能,重力势能和电势能.
其中,由于初状态和末状态中弹簧的长度改变量是一样的,弹性势能只和长度改变量有关,和长度是缩短还是伸长没关系的,所以两个状态弹性势能改变量为0.
由于小球末状态的高度比初状态高出2mg/k,所以小球的重力势能是增加了mg*2mg/k.
而小球的电势能是减小了Eq*2mg/k.
小球的动能是增加了mv*v/2.
由于能量是守恒的,增加量=减小量,所以mg*2mg/k+mv*v/2-Eq*2mg/k=0
然后求解就可以了.
PS:在初状态和末状态的弹性势能是相等的,所以计算小球的速度的时候可以把弹簧的作用不算进去.那就是相当于是只有电场和重力在对小球产生作用.所以就相当于是在力F=Eq-mg的作用下,小球移动了S=2mg/k,问它的速度是多少的问题.根据E=mv*v/2=FS,得到v=根号下(2FS/m)=...
 
 
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