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精英家教网如图所示,一粗糙水平轨道与一光滑的
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圆弧形轨道在A处相连接.圆弧轨道半径为R,以圆弧轨道的圆心O点和两轨道相接处A点所在竖直平面为界,在其右侧空间存在着平行于水平轨道向左的匀强电场,在左侧空间没有电场.现有一质量为m、带电荷量为+q的小物块(可视为质点),从水平轨道的B位置由静止释放,结果,物块第一次冲出圆形轨道末端C后还能上升的最高位置为D,且|CD|=R.已知物块与水平轨道间的动摩擦因数为μ,B离A处的距离为x=2.5R(不计空气阻力且边界处无电场),求:
(1)物块第一次经过A点时的速度;
(2)匀强电场的电场强度大小;
(3)物块在水平轨道上运动的总路程.
分析:(1)选择A到D的过程,运用动能定理求解即可.
(2)物块由B到A的过程,根据动能定理列式求解场强E的大小.
(3)由于物块扭过的电场力向左,电场力大于滑动摩擦力,最终物块停在A处,对整个过程,运用动能定理求解总路程.
解答:解:(1)对物块由A到D的过程,由动能定理得:
-mg?2R=0-
1
2
m
v
2
A

解得,vA=2
gR
;
(2)对物块由B到A的过程,由动能定理得:
  qE?2.5R-μmg?2.5R=
1
2
m
v
2
A

联立以上两式解得,E=
μmg+0.8mg
q

(3)物块最终停在A点,设物块在水平轨道上运动的总路程为s.
对全过程,运用动能定理得:qE?2.5R-μmgs=0
得,s=(2.5+
2
μ
)R
答:
(1)物块第一次经过A点时的速度为2
gR
;
(2)匀强电场的电场强度大小为
μmg+0.8mg
q
;
(3)物块在水平轨道上运动的总路程为(2.5+
2
μ
)R.
点评:本题是动能定理的应用问题,关键要灵活选择研究的过程,采用分段法和全程法结合研究,比较简洁.
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