如图所示,质量为m带电量为+q的小球静止于光滑绝缘水平面上,在恒力F作用下,由静止开始从A点出发到B点,然后撤去F,小球

如图所示,质量为m带电量为+q的小球静止于光滑绝缘水平面上,在恒力F作用下,由静止开始从A点出发到B点,然后撤去F,小球冲上放置在竖直平面内半径为R的光滑绝缘[5/8]圆形轨道,圆形轨道的最低点B与水平面相切,小球恰能沿圆形轨道运动到轨道末端D,并从D点抛出落回到原出发点A处.整个装置处于电场强度为E=[mg/q] 的水平向左的匀强电场中,小球落地后不反弹,运动过程中没有空气阻力.求
(1)小球刚到D点的速度;
(2)AB之间的距离;
(3)F的大小.
情恋古龙 1年前 已收到1个回答 举报

dktx 幼苗

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解题思路:(1)小球在D点,重力与电场力的合力提供向心力,由牛顿第二定律即可求出D点的速度;
(2)小球离开D时,速度的方向与重力、电场力的合力的方向垂直,小球做类平抛运动,将运动分解即可;
(3)对小球从A运动到等效最高点D过程,由动能定理可求得小球受到的拉力.

(1)电场力F电=Eq=mg
电场力与重力的合力F=
2mg,方向与水平方向成45°向左下方
小球恰能到D点,有:F=
m
v2D
R
VD=

2gR
(2)从D点抛出后,只受重力与电场力,所以合为恒力,小球初速度与合力垂直,小球做类平抛运动,以D为原点沿DO方向和与DO垂直的方向建立坐标系(如图所示).

小球沿X轴方向做匀速运动,x=VDt
沿Y轴方向做匀加速运动,y=[1/2]at2a=[F合/m]=
2g
所形成的轨迹方程为y=[x2/2R]
直线BA的方程为:y=-x+(
2+1)R
解得轨迹与BA交点坐标为(
2R,R)
B的坐标为(

2
2R,(

2
2+1)R)
AB之间的距离LAB=R
(3)从A点D点电场力做功:W1=(1-

2
2)R•Eq
重力做功W2=-(1+

2
2)R•mg
F所做的功W3=F•R
有W1+W2+W3=[1/2]mVD2
F=
3
2
2mg
答:(1)小球刚到D点的速度是

2gR;(2)AB之间的距离是R;(3)F的大小是
3
2
2mg.

点评:
本题考点: 带电粒子在混合场中的运动;动能定理的应用.

考点点评: 本题是动能定理和向心力知识的综合应用,分析向心力的来源是解题的关键.

1年前

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