题目内容

【题目】如图所示,在B处所在的竖直虚线边界左侧空间有一竖直向上的匀强电场,其大小E=10N/C,电场区域内有一倾角为的固定光滑足够长绝缘斜面,A点距水平地面的高度为h=1m。BC段为一粗糙绝缘水平面,其长度为S=1.0m,其动摩擦因数为。斜面AB与水平面BC连接处由一段极短的光滑小圆弧连接(图中未标出),C点正上方O处有一钉子,悬挂一长L=0.5m的轻细线,其下端连接一粘性极强且质量不计的橡皮泥,紧挨水平面但不接触,现将一质量为m=1kg、电荷量为q=2.0C的正电小球(可视为质点)由A点静止释放后(g取)。求:

(1)小球到达B点时的速度大小;

(2)接触橡皮泥后瞬间轻绳的拉力;

(3)要使球接触橡皮泥后细线不松弛,求小球在斜面上的释放区间。

【答案】(1) (2) (3) 或

【解析】

(1)小球由A到B运动过程,根据动能定理,得:

①

解得小球到达B点时的速度:

;

(2)小球由A到C运动过程,根据动能定理,得:

②

小球在C点时,由牛顿第二定律可得:

③

联立②③两式解得:

;

(3)设释放点距B点的距离d

①小球刚好到达C

④

解得:

;

②小球刚好摆到与O点同一水平位置的圆轨道处,由动能定理得:

解得:

;

③能达到圆形轨道最高点,在最高点,由牛顿第二定律可得:

小球从A到圆轨道的最高点过程中,由动能定理得:

,

解得:

∴小球释放点距B点的距离应为: 或。

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