题目内容

如图所示,矩形区域MNPQ内有水平向右的匀强电场,虚线框外为真空区域;半径为R、内壁光滑、内径很小的绝缘半圆管ADB固定在竖直平面内,直径AB垂直于水平虚线MN,圆心O恰在MN的中点,半圆管的一半处于电场中.一质量为m,可视为质点的带正电电荷量为q的小球从半圆管的A点由静止开始滑入管内,小球从B点穿出后,能够通过B点正下方的C点.重力加速度为g,小球在C点处的加速度大小为5 g/3.求:

(1)匀强电场场强E

(2)小球在B点时,半圆轨道对它作用力的大小;

(3)要使小球能够到达B点正下方C点,虚线框MNPQ的高度和宽度满足什么条件;

(4)小球从B点计时运动到C点过程中,经多长时间小球的动能最小.

(1)mg    (2)  

(3)宽度应满足条件L>2R,高度满足条件  (4)


解析:

(1)由于小球在C处加速度大于g

        C点:        F=mg       (2分)

   (2)A→B           (1分)

        在B点                  (1分)

   (3)小球从B→C   水平方向匀减速运动,竖直方向自由落体运动

               

          设向左减速时间为t        

                                            (1分)

                                                           (1分)

                                        (1分)

          宽度应满足条件L>2R,高度满足条件           (1分)

    (4)当F与mg的合力与v垂直时,小球的动能最小,设经过的时间为t

                                    (2分)

                                                     (1分)

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