题目内容

12.如图所示,在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的光滑轨道,一个带正电的小球从斜轨道上的A点由静止释放,沿轨道滑下.已知小球的质量为m=1kg,电荷量为q=0.01C,匀强磁场的场强大小为E=1000N/C,斜轨道的倾角为α=37°,圆轨道的半径为R=1m且圆轨道的最低点在水平地面上.若小球恰能通过圆轨道顶端B点(g取10/s2).求:
(1)小球通过圆轨道顶端B点时的速度大小;
(2)A点距水平地面的高度h的大小;
(3)若已知小球从斜轨道距水平地面h=6m处静止释放,且小球之后在圆规上运动时不会脱离轨道,且圆轨道半径R可调,求R的范围.

分析 (1)由合力提供向心力求得速度.
(2)由A到B用动能定理列式求解.
(3)由最小速度为(1)中的速度作为条件进行求解.

解答 解:(1)在B点合力提供向心力:$mg+Eq=m\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$  
代入数据得:VB=2$\sqrt{5}$m/s
  (2)由A到B由动能定理:mg(h-2R)+Eq(h-2R)=$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$ 
代入数据得:h=3m
    (3)在圆规上运动时不会脱离轨道,则要求:(mg+Eq)(h-2R)≥$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$ 
代入数据得:$R≤\frac{11}{4}$m
答:(1)小球通过圆轨道顶端B点时的速度大小为2$\sqrt{5}$m/s;
(2)A点距水平地面的高度h的大小为3m;
(3)圆轨道半径要满足:$R≤\frac{11}{4}$m

点评 解决本题的关键是确定物理最高点DB知道临界状态是:B点由合力充当向心力.运用动能定理时,要注意明确研究的过程,然后求解

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