Question

長為L的絕緣細線下系一帶正電的小球，其帶電荷量為Q，懸于O點，如圖所示．當在O點處固定一個正電荷時，如果球靜止在A處，則細線拉力是重mg的兩倍．現將球拉至圖中B處（θ=60°）放開球讓它擺動，問：
（1）固定在O處的正電荷的帶電荷量為多少？
（2）擺球回到A處時懸線拉力為多少？

Answer 1

（1）球靜止在A處經受力分析知受三個力作用：重力mg、靜電力F和細線拉力F_拉，由受力平衡和庫侖定律列式：
F_拉=F+mg，
F=

kQq

L2

，
F_拉=2mg
三式聯立解得：
q=

mgL2

kQ

．
（2）擺回的過程只有重力做功，所以機械能守恒，規定最低點重力勢能等于零，列如下方程：
mgL（1-cos60°）=

1

2

mv²
F_拉′-mg-F=m

v2

L

由（1）知靜電力F=mg
解上述三個方程得：F_拉′=3mg．
答：（1）固定在O處的正電荷的帶電荷量為

mgL2

kQ

（2）擺球回到A處時懸線拉力為3mg．