题文
如图所示，两个带电小球（可视为质点），固定在轻质绝缘等腰直角三角形框架OAB的两个端点A、B上，整个装置可以绕过O点且垂直于纸面的水平轴在竖直平面内自由转动．直角三角形的直角边长为L．质量分别为mA=3m，mB=m，电荷量分别为QA=-q，QB=+q．重力加速度为g．
（1）若施加竖直向上的匀强电场E，使框架OB边水平、OA边竖直并保持静止状态，则电场强度E多大？
（2）若将匀强电场方向改为与原电场方向相反，保持E的大小不变，则框架OAB在接下来的运动过程中，带电小球A的最大动能EkA为多少？
（3）在（2）中，设以O点为零势能位，则框架OAB在运动过程中，A、B小球电势能之和的最小值E′为多少？
题型：未知 难度：其他题型
答案
（1）以O为支点，根据三角架力矩平衡，M顺=M逆
mgL=qEL
求得E=mgq
（2）设OA边与竖直方向成α，当系统的力矩平衡时动能最大，则有 M顺=M逆
即 3mgLsinα=mgLcosα+qELcosα+qELsinα
解得，OA杆与竖直方向夹角α=45°时A球动能最大．
根据系统动能定理W合=△EK，得
-3mgL（1-cos45°）+mgLsin45°+qEL sin45°+qEL（1-cos45°）=12•4mv2
求得A球最大速度v=
得到A球动能EKA=3mgL(2-1)2．
（3）设OA边与竖直方向成α时系统的速度为零，根据系统动能定理
-3mgL（1-cosα）+mgLsinα+qELsinα+qEL（1-cosα）=0
得α=90°时系统速度为零，不能再继续转过去了．
由于该过程电场力一直做正功，A、B小球电势能之和一直减小，所以此处A、B小球电势能之和最小，E′=-qEL=-mgL．
答：
（1）电场强度E是mgq．
（2）框架OAB在接下来的运动过程中，带电小球A的最大动能EkA为3mgL(2-1)2．
（3）框架OAB在运动过程中，A、B小球电势能之和的最小值E′为-mgL．
解析
mgq
考点
据考高分专家说，试题“如图所示，两个带电小球（可视为质点），固.....”主要考查你对 [力矩的平衡 ]考点的理解。
力矩的平衡
力矩和力偶：
①力臂：从转动轴到力的作用线的距离。
②力矩：力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩，用M表示，单位牛米（N·m）。
③力偶：力学上把作用在同一物体上的大小相等，方向相反、不共线的两个平行力组成的力系称为力偶。
④力偶矩：力学中，用力偶中的任一力的大小与力偶臂的乘积再冠以相应的正、负号，作为力偶使物体转动效应的度量，成为力偶矩，用M表示，单位牛米（N·m）。
力矩的平衡条件：
有固定转动轴的物体的平衡条件是力矩的代数和等于零，即M合=M1+M2+M3+…=0。
刚体平衡的条件：
①在任何外力作用下，大小和形状不变的物体，叫做刚体。
②刚体的平衡条件是合力为零，合力矩为零，即∑F=0，∑M=0。
