如图所示,竖直向下的匀强电场中,水平轨道AB与四分之一圆轨道BC相切于B.一质量m=0.4kg、电荷量q=8×10-4C

如图所示,竖直向下的匀强电场中,水平轨道AB与四分之一圆轨道BC相切于B.一质量m=0.4kg、电荷量q=8×10-4C的带正电小球,从A点以速度v0=2m/s由A向B运动,到达P点后又返回,已知轨道ABC光滑且绝缘,圆轨道BC半径R=0.5m,匀强电场的场强E=5×103V/m,取重力加速度为g.求:
(1)小球在B点对圆轨道的压力
(2)小球在P点的加速度.
zzjjff115 1年前 已收到1个回答 举报

xny2l 幼苗

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解题思路:(1)经过B点时,由重力、电场力和轨道的支持力的合力提供向心力,由牛顿运动定律求解.
(2)先由动能定理求出∠BOP.小球在P点的速度为0,向心力为0,向心加速度为0,则P点的加速度由重力和电场力的切向分力产生,由牛顿第二定律求出.

(1)经过B点时,由重力、电场力和轨道的支持力的合力提供向心力,由牛顿第二定律得:
N-mg-qE=m

v20
R
则得圆轨道对小球的支持力为:
N=mg+qE+m

v20
R=0.4×10+8×10-4×5×103+0.4×
22
0.5=11.2N
根据牛顿第三定律得:小球在B点对圆轨道的压力大小为:N′=N=11.2N,方向竖直向下.
(2)设∠BOP=α.
小球从P点到B点的过程,根据动能定理得:(mg+qE)R(1-cosα)=[1/2m
v20]
则得:cosα=1-

v20
2gR=1-
22
2×10×0.5=0.6,sinα=0.8
小球在P点的速度为0,向心力为0,向心加速度为0,则P点的加速度由重力和电场力的切向分力产生,由牛顿第二定律得:
(qE+mg)sinα=ma
则得:a=([qE/m]+g)sinα=(
8×10−4×5×103
0.4+10)×0.8=16m/s2
答:(1)小球在B点对圆轨道的压力为11.2N
(2)小球在P点的加速度是16m/s2

点评:
本题考点: 匀强电场;向心加速度.

考点点评: 在本题中物体不仅受重力的作用,还有电场力,在解题的过程中,一定要分析清楚物体的受力和运动过程,对于涉及力在空间效果的过程,首先要想到动能定理.

1年前

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