题目内容

如图所示,套在很长的绝缘直棒上的小球,质量为,带正电,小球在棒上可以滑动,将此棒竖直放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中,匀强电场的电场强度E=10N/C,方向水平向右,匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,方向为垂直纸面向里,小球与棒间动摩擦因数为=0.2,求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度.(设小球在运动过程中所带电荷量保持不变,g取)

答案:略
解析:

思路点拨:带电小球沿绝缘棒下滑过程中,受竖直向下的重力,竖直向上的摩擦力,水平方向的弹力和洛伦兹力及电场力的作用.当小球静止时,弹力等于电场力,如图(a)所示,小球在竖直方向所受摩擦力最小,小球加速度最大,小球运动过程中,弹力等于电场力与洛伦兹力之和,随着小球运动速度的增大,小球所受洛伦兹力增大,小球在竖直方向的摩擦力也随之增大,小球加速度减小,速度增大,当球的加速度为零时,速度达到最大,如图(b)所示.

正确解答:棒上小球刚开始下落时,加速度最大,设为,这时,

竖直方向上有:.

水平方向上有:.

联立上述三式解得:

.

小球沿棒竖直下滑时,当速度最大时,加速度a=0.

在竖直方向上:.

在水平方向上:,又.

联立上述三式解得:

.

小结点评:根据小球的受力情况及各力的变化情况,弄清小球的运动情况是解决本题的关键.本题中所求的最大速度常被称为收尾速度,当物体达到收尾速度时,其加速度为零,物体处于平衡状态,可利用物体的平衡条件求解.


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