题目内容

如图K28-10所示,在竖直平面内放置的光滑绝缘轨道处于水平向右的匀强电场中,一带负电荷的小球从高hA处由静止开始下滑,沿轨道ABC运动后进入圆环内做圆周运动.已知小球所受的电场力是其重力的,圆环半径为R,斜面倾角为θ=53°,BC间距离xBC=2R.若使小球在圆环内能做完整的圆周运动,h至少为多少?

图K28-10

10R

[解析] 小球所受的重力和电场力都为恒力,故两力可等效为一个力F如图所示,可知Fmg,方向与竖直方向夹角为37°,偏左下.从图中可知,做完整的圆周运动的临界条件是恰能通过D点.若球恰好能通过D点,则达到D点时小球与圆环间的弹力恰好为零.

由圆周运动知识得:Fm

即:mgm

由动能定理有

mg(hRRcos37°)-mg(hcotθ+2RRsin37°)=mv

联立解得此时的高度h=10R.

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