题目内容

如图所示,竖直放置的半圆形绝缘轨道半径为R,下端与绝缘水平面平滑连接,整个装置处于方向竖直向上的匀强电场中E中,一质量为m,带电量为+q的物块(可视为质点),从水平面上的A点以初速度v0水平向左运动,沿半圆形轨道运动恰好通过最高点C,场强大小为E(E<mg/q),

(1)试计算物块在从A到C运动过程中克服摩擦力做的功。

(2)求物块离开轨道落回水平面过程的水平距离。

(1)W= mv02/2+5(qE-mg)R/2(2)S=2R  


解析:

(1)物块恰能通过最高点C时,圆弧轨道与物块之间没有力作用,物块受到重力和电场力提供向心力。mg-qE=mvc2/R                   ①   (4分)

 物块在由A运动到C的过程中,设物块克服摩擦力做的功为W,根据动能定理有 qE2R-W-mg2R=mvC2/2-mv02/2          ②  (4分)

解得W= mv02/2+5(qE-mg)R/2         (2分)

(2)物块离开半圆形轨道后做类平抛运动,设水平位移为S,则水平方向有S=vCt ③  (3分)

     竖直方向有2R=(g-qE/m)t2/2         ④  (3分)         

由①③④ 解得 S=2R      (2分)

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