如图所示,在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的圆轨道,半径为R,一带负点的小球从斜轨道上的A点由静止释放,沿轨道滑下,已知小

如图所示,在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的圆轨道,半径为R,一带负点的小球从斜轨道上的A点由静止释放,沿轨道滑下,已知小球的质量为m,电量为-q,匀强电场的场强大小为E,斜轨道的倾角为α(小球的重力大于所受的电场力,各处均不计摩擦).求:
(1)小球到达B点的速度至少为多少?
(2)A点距水平地面的高度h至少要为多少?
(3)若撤去匀强电场,让小球从h′=2R处由静止下滑,小球将从圆轨道的何处脱离?
落木萧萧_2007 1年前 已收到1个回答 举报

liuyanjiang8 幼苗

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解题思路:(1)小球恰好到达B点时由重力和电场力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求解小球到达B点的最小速度.
(2)从A到B,根据动能定理列式求解h.
(3)小球刚好从圆轨道脱离时轨道对小球的作用力为零,由牛顿第二定律求出此时小球的速度,再由机械能守恒定律求解小球刚脱离轨道时的高度.

(1)在B点,由牛顿第二定律得:mg-qE=m

v2B
R
故得 vB=

(mg−qE)R
m
(2)由动能定理得:[1/2m
v2B]=(mg-qE)(h-2R)
解得:h=[5/2]R
(3)当小球刚要脱离轨道时,令轨道半径与水平方向的夹角为θ.
由牛顿第二定律得:mgsinθ=m
v2
R
由机械能守恒定律得:
[1/2mv2+mgR(1+sinθ)=mg•2R
解得:sinθ=
2
3]
即从地面高度为 H=[5/3]R处脱离轨道.
答:(1)小球到达B点的速度至少为

(mg−qE)R
m.
(2)A点距水平地面的高度h至少要为[5/2]R.
(3)若撤去匀强电场,让小球从h′=2R处由静止下滑,从地面高度为 H=[5/3]R处脱离轨道.

点评:
本题考点: 电场强度;动能定理的应用.

考点点评: 考查牛顿第二定律与动能定理的应用,掌握受力分析的方法,理解提供向心力的来源,注意电场力做负功.

1年前

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