如图所示,在E=10 3 V/m的水平向左匀强电场中,有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置,轨道与一水平绝缘轨道MN

如图所示,在E=10 3 V/m的水平向左匀强电场中,有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置,轨道与一水平绝缘轨道MN
如图所示,在E=10 3 V/m的水平向左匀强电场中,有一光滑半圆形绝缘轨道竖直放置,轨道与一水平绝缘轨道MN连接,半圆轨道所在竖直平面与电场线平行,其半径R=40cm,一带正电荷q=10 -4 C的小滑块质量为m=40g,与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2,取g=10m/s 2 ,问:
(1)要小滑块能运动到圆轨道的最高点C,滑块应在水平轨道上离N点多远处释放?
(2)这样释放的滑块通过P点时对轨道压力是多大?(P为半圆轨道中点)
(3)小滑块经过C点后最后落地,落地点离N点的距离多大?落地时的速度是多大?

浚舞 1年前 已收到1个回答 举报

爱越一生 幼苗

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(1)设滑块与N点的距离为L,
分析滑块的运动过程,由动能定理可得,
qEL-μmgL-mg?2R=
1
2 mv 2 -0
小滑块在C点时,重力提供向心力,
所以 mg=m
v 2
R
代入数据解得 v=2m/s,L=20m.
(2)滑块到达P点时,对全过程应用动能定理可得,
qE(L+R)-μmgL-mg?R=
1
2 mv P 2 -0
在P点时由牛顿第二定律可得,
N-qE=m

v 2P
R
解得N=1.5N
由牛顿第三定律可得,滑块通过P点时对轨道压力是1.5N.
(3)小滑块经过C点,在竖直方向上做的是自由落体运动,
由2R=
1
2 gt 2 可得滑块运动的时间t为,
t=

4R
g =

4×0.4
10 =0.4s,
滑块在水平方向上只受到电场力的作用,做匀减速运动,
由牛顿第二定律可得 qE=ma,
所以加速度 a=2.5m/s 2
水平的位移为 x=vt-
1
2 at 2
代入解得 x=0.6m.
滑块落地时竖直方向的速度的大小为v y =gt=10×0.4m/s=4m/s,
水平方向的速度的大小为 v x =v-at=2-2.5×0.4=1m/s,
落地时速度的大小为v =

v 2y
+v 2x =
4 2 + 1 2 =
17 m/s.
答:(1)滑块与N点的距离为20m;
(2)滑块通过P点时对轨道压力是1.5N;
(3)滑块落地点离N点的距离为0.6m,落地时速度的大小为
17 m/s.

1年前

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