题目内容

【题目】如图所示,绝缘光滑水平轨道ABB端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接,圆弧的半径R0.40 m.在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E1.0×104N/C.现有一质量m0.10 kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端相距s1.0 m的位置,由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动,当运动到圆弧形轨道的C端时,速度恰好为零.已知带电体所带电荷量q8.0×105C,取g10 m/s2,求:

(1)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧形轨道的压力;

(2)带电体沿圆弧形轨道从B端运动到C端的过程中,摩擦力做的功.

【答案】(1) 5.0 N,方向:竖直向下 (2) Wf=-0.72 J

【解析】

1)设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为a,根据牛顿第二定律有qE=ma
解得a8m/s2
设带电体运动到B端的速度大小为vB,则vB22as
解得vB4m/s
设带电体运动到圆轨道B端时受轨道的支持力为N,根据牛顿第二定律有
Nmgm
解得Nmg+m5N
根据牛顿第三定律可知,带电体对圆弧轨道B端的压力大小N′=N=5N
方向竖直向下
2)因电场力做功与路径无关,所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中,电场力所做的功

W=qER=0.32J
设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为W摩,对此过程根据动能定理有
W+WmgR0mvB2
解得W=-0.72J

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