题目内容

(12分)如图所示,光滑绝缘的细圆管弯成半径为R的半圆形,固定在竖直面内、管口B、C的连线是水平直径,现有一带正电小球(可视为质点)从B点正上方的A点自由下落,A、B两点间距离为4R,从小球进入管口开始,整个空间中突然加上一个匀强电场,电场力在竖直向上的分力大小与重力大小相等,结果小球从管口C处脱离圆管后,其运动轨迹最后经过A点,设小球运动过程中带电量没有改变,重力加速度为g,求:

(1)小球到达B点的速度大小;
(2)小球受到的电场力的大小和方向;
(3)小球经过管口C处时对圆管壁的压力。

(1)    (2)    (3)

解析试题分析:(1)小球从开始自由下落到到达管口B的过程中机械能守恒,故有:
 
小球到达B点时的速度大小为
(2)设电场力的水平分力为(方向水平向左),竖直分力为(方向水平向上),则
小球从B运动到C的过程中,由动能定理得:
小球从管口C处脱离圆管后,做类平抛运动,由于其轨迹经过A点,有:


联立以上各式,解得:
电场力的大小为:,方向斜向左上方与水平方向夹角450.
(3)小球经过管口C处时,向心力由和圆管的弹力提供,设弹力的方向向左,则

解得:,方向向左
根据牛顿第三定律可知,小球经过管口C处时对圆管的压力为:,方向水平向右
考点:本题考查了用功能观点研究带电体在电场中的运动。

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