题目内容
(12分)如图所示,竖直放置的半圆形绝缘轨道半径为R,下端与光滑绝缘水平面平滑连接,整个装置处于方向竖直向上的匀强电场E中,一质量为m、带电量为+q的物块(可视为质点),从水平面上的A点以初速度v0水平向右运动,沿半圆形轨道恰好通过最高点C,场强大小E<
。
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(1)试计算物块在运动过程中克服摩擦力做的功;
(2)证明物块离开轨道落回水平面的水平距离与场强大小E无关,且为一常量。
解析:
(1)物块恰能通过圆弧最高点C,即圆弧轨道此时与物块间无弹力作用,物块受到的重力和电场力提供向心力
物块在由A运动到C的过程中,设物块克服摩擦力做的功Wf,根据动能定理
(2)物块离开半圆形轨道后做类平抛运动,设水平位移为s
s=vct 2R=
由⑤⑥联立解得 s=2R
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