题目内容
3.(1)求D、M间的距离x0;
(2)上述过程中,小环第一次通过与O等高的A点时,求弯杆对小环作用力的大小;
(3)若小环与PQ间动摩擦因数为μ(设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等),现将小环移至M点右侧5R处由静止开始释放,求小球在整个运动过程中克服摩擦力所做的功.
分析 (1)对D到P为研究过程,运用动能定理求出DM间的距离.
(2)对D到A为研究过程,运用动能定理求出A点的速度,根据牛顿第二定律,沿半径方向上合力提供向心力,求出弯杆对小环作用力的大小.
(3)需讨论摩擦力的大小与电场力的大小关系,若摩擦力大于电场力,则运动到P点右侧停止;若摩擦力小于电场力,则环最终在DP间往复运动.根据动能定理求出摩擦力做的功.
解答 解:(1)小环从D到P,由动能定理得:
qEx0-2mgR=0,由题意可知:Eq=$\frac{1}{2}$ mg,
解得:x0=4R;
(2)设小环在A点的速度为vA,对小环恰好能通过A点,
由牛顿第二定律得:N-qvAB-qE=m$\frac{{v}_{A}^{2}}{R}$,
从D到A,由动能定理有:qE(x0+R)-mgR=$\frac{1}{2}$mvA2,
解得:N=$\frac{7}{2}$mg+qB$\sqrt{3gR}$;
(3)①若μmg≥qE即μ≥$\frac{1}{2}$,当小环运动到P点右侧s1处静止,
则有:qE(5R-s1)-mg•2R-μmgs1=0,解得:s1=$\frac{R}{1+2μ}$,
所以,小环克服摩擦力做的功为W1=μmgs1=$\frac{μmgR}{1+2μ}$;
②若μmg<qE即μ<$\frac{1}{2}$,则小环经过往复运动,最后只能在P、D之间运动,
设小环克服摩擦力所做的功为W2,则qE•5R-mg•2R-W2=0,
解得,小环克服摩擦力做的功为:W2=$\frac{1}{2}$mgR.
答:(1)D、M间的距离x0为4R;
(2)小环第一次通过与O等高的A点时,弯杆对小环作用力的大小为:$\frac{7}{2}$mg+qB$\sqrt{3gR}$;
(3)小球在整个运动过程中克服摩擦力所做的功为:$\frac{μmgR}{1+2μ}$、或$\frac{1}{2}$mgR.
点评 本题是一道力学综合题,分析清楚物体运动过程是正确解题的关键,运用动能定理解题需合适地选取研究的过程,根据动能定理列出表达式求解.
| A. | 质量m | B. | 初速度v | C. | 电荷量q | D. | 比荷 |
| A. | 导体棒ab变速运动过程中加速度一定减小 | |
| B. | 导体棒ab变速运动过程中加速度一定增大 | |
| C. | 导体棒ab最后作匀速运动时,速度大小为v=$\frac{mgR}{{B}^{2}{t}^{2}}$ | |
| D. | 若将导轨间的距离减为原来的$\frac{1}{2}$则导体棒ab最后作匀速运动时,速度大小为v=$\frac{4mgR}{{B}^{2}{t}^{2}}$ |
| A. | 当小球与弹簧接触后开始做减速运动 | |
| B. | 小球和弹簧组成的系统在运动过程中机械能守恒 | |
| C. | 弹簧的劲度系数为$\frac{mg}{{x}_{0}}$ | |
| D. | 弹簧的最大弹性势能为3mgx0 |
| A. | 导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比 | |
| B. | 导体的电阻由导体本身的性质决定,跟导体两端的电压及流过导体的电流的大小无关 | |
| C. | 对确定的导体,其两端电压和流过它的电流的比值就是它的电阻值 | |
| D. | 一定的电流流过导体,电阻越大,其电压降越小 |
| A. | 甲,乙两物体均为匀加速运动 | |
| B. | 甲运动得比乙快 | |
| C. | 在10s末甲物体追上了乙物体 | |
| D. | 甲物体受到的合力大于乙物体受到的合力 |