题目内容
如图所示,半圆形光滑槽固定在地面上,匀强磁场与槽面垂直.将质量为m的带电小球自槽A处由静止释放,小球到达槽最低点C处时,恰好对槽无压力,则小球在以后的运动过程中对C的最大压力为
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分析:带电粒子在半圆形光滑槽里运动,且槽处于匀强磁场中,带电小球自槽A处由静止释放,小球到达槽最低点C处时,恰好对槽无压力,说明重力与洛伦兹力提供向心力;而小球对最低点的最大压力是洛伦兹力与重力同向时,小球受到的支持力、重力与洛伦兹力提供向心力.洛伦兹力始终与速度相垂直,因此它总是不做功.
解答:解:小球自槽A处由静止释放,小球到达槽最低点C处时:
受力分析:洛伦兹力与重力 则有F洛-mg=m
(1)
而由静止滑到最低点过程,只有重力,小球机械能守恒,则有:mgR=
mv2 (2)
由(1)(2)联式可得:F安=3mg
小球在以后的运动过程中对C的最大压力时:
当小球再次滚到最低点时,洛伦兹力与重力同向,由于洛伦兹力不做功,所以速度大小不变.
则有:F-(F洛+mg)=m
解之得:F=6mg
故选:D.
受力分析:洛伦兹力与重力 则有F洛-mg=m
v2 |
R |
而由静止滑到最低点过程,只有重力,小球机械能守恒,则有:mgR=
1 |
2 |
由(1)(2)联式可得:F安=3mg
小球在以后的运动过程中对C的最大压力时:
当小球再次滚到最低点时,洛伦兹力与重力同向,由于洛伦兹力不做功,所以速度大小不变.
则有:F-(F洛+mg)=m
v2 |
R |
解之得:F=6mg
故选:D.
点评:带电粒子在磁场中运动受到的洛伦兹力的方向由左手定则确定,所以当粒子两次滚到最低点的洛伦兹力方向不同.同时小球对槽无压力,重力与洛伦兹力不等,它们的差值正好提供向心力.
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