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

   

(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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