题目内容

17.如图所示,A、B为半径R=1m的四分之一光滑绝缘竖直圆弧轨道,在四分之一圆弧区域内存在着E=1×106 V/m、竖直向上的匀强电场,有一质量m=1kg、带电荷量q=+1.4×10-5C的物体(可视为质点),从A点的正上方距离A点H=1m处由静止开始自由下落(不计空气阻力),BC段为长L=2m、与物体间动摩擦因数μ=0.2的粗糙绝缘水平面,CD段为倾角θ=53°且离地面DE高h=0.8m的斜面.(取g=10m/s2)
(1)若物体能沿轨道AB到达最低点B,求它到达B点时对轨道的压力大小;
(2)物体从C处飞出后的速度;
(3)物体从C处飞出后落点与D点之间的距离(已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6.不讨论物体反弹以后的情况)

分析 (1)根据动能定理求出物体到达B点的速度,结合牛顿第二定律求出支持力的大小,从而结合牛顿第三定律得出到达B点对轨道的压力.
(2)根据动能定理,选取由B到C过程,从而即可求解.
(3)根据平抛运动规律,求出飞出后落点与D点之间的距离.

解答 解:(1)物体由初始位置运动到B点的过程中,根据动能定理有:
mg(R+H)-qER=$\frac{1}{2}$mv${\;}_{B}^{2}$   
到达B点时由支持力FN、重力、电场力的合力提供向心力,有:
FN-mg+qE=m$\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$,
联立并代入数据解得:FN=8N        
根据牛顿第三定律,可知物体对轨道的压力大小为8N,方向竖直向下
(2)在粗糙水平面上,由动能定理,有:
-μmgL=$\frac{1}{2}$mvC2-$\frac{1}{2}$mvB2,
代入数据解得:vC=2.0m/s  
(3)物体离开C点后做平抛运动,有:
x=vct
且$h=\frac{1}{2}g{t^2}$
解得:x=0.8m>xCD=0.6m  
所以,落点与D点之间的距离为:
△x=0.8-0.6=0.2m
答:(1)若物体能沿轨道AB到达最低点B,它到达B点时对轨道的压力大小8N;
(2)物体从C处飞出后的速度2.0m/s;
(3)物体从C处飞出后落点与D点之间的距离0.2m.

点评 本题考查了动能定理、牛顿第二定律、运动学公式的综合,对学生的能力要求较高,注意电场力大于重力,B点相当于等效最高点,这是本题的隐含条件.

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