题目内容
(11分)如图所示,绝缘光滑水平轨道AB的B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R=0.40m。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E=1.0×104N/C。现有一质量m=0.10kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s=1.0m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q=8.0×10-5C,求:
(1)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力;
(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。
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(11分)
(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m/s2..........1分
设带电体运动到B端的速度大小为vB,则
解得m/s ..........1分
(另解:由得 ..........1分
解得m/s ..........1分)
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
..........1分
解得N ..........1分
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
方向:竖直向下..........1分
(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J ..........1分
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
..........2分
解得 W摩 =-0.72J ..........1分