为研究一均匀带正电球体
A周围静电场的性质,小明同学在干燥的环境中先将
A放在一灵敏电子秤的绝缘托盘上(如图10甲所示),此时电子秤的示数为
N1;再将另一小球
B用绝缘细线悬挂在一绝缘支架上,使其位于
A球的正上方
P点,电子秤稳定时的示数减小为
N2。已知小球
B所带电荷量为-
q,且
q远小于球
A所带的电荷量,球
A与球
B之间的距离远大于两球的半径。
(1)根据上述信息,求:
①球
A对球
B的电场力大小和方向;
②球
A激发的电场在
P点处的电场强度的大小;
③将球
B在移到
P点的正上方某处静止时,电子秤稳定后的示数减小为
N3。请分析说明
N3与
N2的大小关系。
(2)现缓慢拉动绝缘细线,使小球
B从
P点沿竖直方向逐步上升到
Q点,用刻度尺测出
P点正上方不同位置到
P点的距离
x,并采取上述方法确定出该位置对应的电场强度
E,然后作出
E-x图象,如图10乙所示,其中
M点为
P、
Q连线的中点,
x轴上每小格代表的距离均为
x0,且为已知量。
①位于
P点正上方距
P点5
x0的
M点,由球
A激发电场的电场强度的大小;
②小球
B位于
P点正上方距
P点5
x0的
M点时,电子秤的示数应为多大;
③实验过程中当小球
B距
P点10
x0的
Q点时,剪掉细线,小球
B将由静止开始运动,估算小球
B落回到
P点时动能的大小。忽略空气阻力的影响,已知重力加速度为
g。
