Question

（选作题）如图所示，AB是位于竖直平面内，半径R=0.5m的圆弧形的光滑且绝缘的轨道，其下端与水平绝缘轨道平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中，电场强度E=5×l0³N/C．今有一质量为m=0.1kg、电荷量q=+8×10^-5C的小滑块（可视为质点）从A点静止释放．已知滑块与水平轨道间的摩擦因数是0.05，取g=10m/s² 求：
（1）小滑块第一次经过圆弧形轨道最低点B时对B点的压力；
（2）小滑块在水平轨道上通过的总路程．

Answer 1

【答案】分析：（1）对滑块从A到B的过程应用动能定理，可求到B点的速度，此时应用牛顿第二定律，可求对B点的压力
（2）滑块在水平轨道运动时，只有电场力和摩擦力对其做功，由动能定理求得水平轨道上的总路程
解答：解：（1）设滑块在B点速度为v，对滑块从A到B的过程应用动能定理，
mgR-EqR=mv²①
设滑块在B点对B点压力为F，轨道对滑块支持力为F′，由牛顿第三定律得，两力大小满足：
F′=F②
对滑块由牛顿第二定律得：
F′-mg=③
由①②③得，F=3mg-2Eq=2.2N④
（2）由于滑块在水平面上的滑动摩擦力f=μmg=0.05×0.1×10N=0.05N＜Eq=5×10³×8×10^-5=0.4N⑤
故滑块最终将会静止在圆弧轨道上，设静止点离A点的水平距离为x，由几何关系得：
⑥
设滑块在水平轨道上通过的总路程为s，对全程应用动能定理得：
mgR-Eqx-fs=0⑦
由⑤⑥⑦可得：s==0.67m
答：（1）滑块第一次经过圆弧形轨道最低点B时对B点的压力2.6N
（2）小滑块在水平轨道上通过的总路程为0.67m
点评：对单个物体的运动，求解位移或速度是利用动能定理较为简单，此外，恰当的选择运动过程会使运算简便，要注意选择．本题中要注意比较在平面上时的电场力与摩擦力的大小关系