(2013•广州三模)一绝缘“⊂”形杆由两段相互平行的足够长的水平直杆PQ、MN和一半径为R的光滑半圆环MAP组成,固定

(2013•广州三模)一绝缘“⊂”形杆由两段相互平行的足够长的水平直杆PQ、MN和一半径为R的光滑半圆环MAP组成,固定在竖直平面内,其中MN杆是光滑的,PQ杆是粗糙的,整个装置处在水平向左的匀强电场中.在PM左侧区域足够大的范围内同时存在垂直竖直平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.现将一质量为m、带正电电量为q的小环套在MN杆上,小环所受的电场力为重力的[1/2].(已知重力加速度为g)
(1)若将小环由D点静止释放,则刚好能到达P点,求DM间的距离
(2)在满足第一问的情况下,小环在A点对圆环的压力
(3)若将小环由M点右侧5R处静止释放,设小环与PQ杆间的动摩擦因数为μ,小环所受最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功.
luix 1年前 已收到1个回答 举报

在钢丝上跳舞 幼苗

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解题思路:(1)小环从D至P过程中,根据动能定理结合电场力与重力关系,即可求解;
(2)小环从D至A的过程,根据动能定理;对小环在A点受力分析由牛顿第二定律及牛顿第三定律即可求解;
(3)根据速度为零分电场力小于等于最大静摩擦力与大于最大静摩擦力,由动能定理分别求出过程中克服摩擦力所做的功.

(1)设电场强度为E,DM距离为L,对小环从D至P,由动能定理:
EqL-mg•2R=0-0①
题意有Eq=
1
2mg②
结合得L=4R ③
(2)设小环在A点速度为vA,对小环从D至A的过程,由动能定理:
Eq•5R−mgR=
1
2m
v2A−0④
由小环在A点的受力分析及牛顿第二定律得:N−Eq−BqvA=
m
v2A
R ⑤
由④⑤式可得N=
7
2mg+Bq
3gR,⑥
根据牛顿第三定律,小环在A点对圆环的压力大小为N=
7
2mg+Bq
3gR,方向水平向左.
(3)小环首次到P点速度不为零,将向右运动,当速度为零时,若满足
(i)Eq≤fm=μmg,即μ≥
1
2,小环将保持静止.设此时小环距P点水平距离为x,
则对全程由动能定理:
Eq(5R-x)-mg•2R-μmgx=0-0⑦
则克服摩擦力做功Wf=μmgx=
μmgR
1+2μ⑧
(ii) Eq>fm=μmg,即μ<
1
2,小环将来回往复运动,最终会在P点的速度减为零.
则对全程由动能定理:Eq•5R-mg•2R-Wf=0-0⑨
得克服摩擦力做功Wf=
1
2mgR
答:(1)若将小环由D点静止释放,则刚好能到达P点,求DM间的距离为4R;
(2)在满足第一问的情况下,小环在A点对圆环的压力大小为
7
2mg+Bq
3gR,方向水平向左;
(3)若将小环由M点右侧5R处静止释放,当电场力小于等于最大静摩擦力时,小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功为[μmgR/1+2μ];当电场力大于最大静摩擦力时,小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功为

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 本题考查动能定理、牛顿第二定律、牛顿第三定律,及向心力表达式.强调动能定理选取过程的重要性与做功的正负值.最后还注意克服摩擦力做功的分类性.

1年前

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