题目内容
【题目】如图所示,轻质弹簧右端固定,左端与一带电量为+q的小球接触,但不粘连。施加一外力,使它静止在A点,此时弹簧处于压缩状态,小球的质量为m=0.5kg,撤去外力后,小球沿粗糙水平面AC进入竖直的光滑半圆形管道,管道的宽度忽略不计,管道半径r=1m,在边长为2m的正方形BPMN区域内有一匀强电场,电场强度大小为E=,方向与水平方向成45o斜向右上,半圆形轨道外边缘恰好与电场边界相切。水平轨道AB的长度为L=2m,小球与水平面的动摩擦因数μ=0.5,小球到达B点时,速度的大小为
m/s,所有的接触面均绝缘,g取10m/s2,求:
(1)释放小球前,弹簧的弹性势能大小;
(2)求小球过D点的速度;
(3)求小球的落地点到C点的距离。
【答案】(1)17.5J(2)m/s(3)(2
+1) m
【解析】
(1)对小球从A到B过程,应用动能定理得:
-μmgL+W弹=mvB2-0
W弹=Ep
得:
Ep=17.5J
(2)当小球进入电场后受力分析可得
mg=qEsinθ
故小球在BC粗糙水平面上运动时,对地面的压力为0,不受摩擦力。
F合=qEcosθ=mg
方向水平向右,小球从 B 到 D,应用动能定理可得:
-F合2r=mvD2-
mvB2
得:
vD=m/s
(3)从 B 到 N,合外力做功为0
vN=vB=5m/s
由竖直方向运动
2r=gt2
得:
则水平位移大小
x=vNt=2m
则落地点F距离C点的距离为
lCF =(2+1) m
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