(1)小球带正电荷. 如图所示,小球带正电荷时,所受的电场力沿电场方向,洛伦兹力与电场方向垂直向右上方,它们可以跟重力平衡,合力为零,小球可以作直线运动. 若小球带负电,小球受电场力斜向右下方,洛伦兹力斜向左下方,它们不可能与重力平衡,即合力不可能为零,小球不可能作直线运动. 综上所述,小球必带正电. (2)小球受力如图所示,根据平衡条件得 =mg 所以F电=mgcosα=0.5×10×0.8N=4N 由于是正电荷,受到的电场力方向与电场方向相同. (3)根据题意作出小球摆动到悬线斜向下与水平方向成α角的位置,如图所示. 此时速度方向正好沿磁场的方向,故此时不受洛伦兹力,电场力是切线方向, 故提供向心力的力是悬线的拉力T和重力的分力mgsinα的合力,此合力沿着悬线指向O点. 根据合力提供向心力T-mgsinα=m 小球从竖直位置释放到该位置过程中,只有重力和电场力做功,运用动能定理:
F电x-mgh=mv2 其中沿着电场方向的位移x=Lcosα=0.8L 竖直上升的高度h=L(1-sinα)=0.4L 所以4×0.8L-0.5×10×0.4L=mv2 解得m=2.4N 所以T=mgsinα+m=0.5×10×0.6+2.4N=5.4N. 答:(1)小球带正电荷.理由如上所述. (2)小球在电场中受到的电场力的大小为4N,方向与电场方向相同. (3)若将小球用长为L=1.2m的绝缘轻细线悬吊在图中O点,如图所示,由静止释放小球后,小球摆动到悬线斜向下与水平方向成α角的位置时,悬线对O点的拉力的大小是5.4N. |