题目内容
1.(1)求小球落至最低点B处的速度大小.
(2)若小球落至最低点B处时,绳突然断开,同时使电场反向,大小不变,则小球在以后的运动过程中的最小动能为$\frac{3}{8}(2+\frac{\sqrt{3}}{3})mgL$.
分析 本题的物理过程比较含蓄,弄清物理过程是关键:释放小球后,小球沿合力的方向做匀加速直线运动,当绳子张紧时,顺着绳子方向的分速度在张力作用下立即减为零,小球以切向分量为初速度做圆周运动.
(1)先求出小球受到合力的大小和方向,确定小球做匀加速直线运动的末位置.这个过程应用动能定理可以求出末速度,然后以切向分量的初速度做圆周运动,到时达B点,重力与电场力做功的代数和等于动能的增量.这样又根据动能定理求出到B点的速度.
(2)落到低点B处,绳子断开,电场反向,此时小球受到合力方向为左偏下60°,小球做类斜抛运动.最小动能的位置在速度方向与合力方向垂直的位置.此时只有垂直分速度,求出垂直分速度,也就能求出最小动能.
解答 解:(1)小球刚释放时受到的合力大小为
:${F}_{合}=\frac{mg}{cos30°}$,方向与水平方向成$α=arctg\frac{mg}{Eq}=60°$,所以三角形OAC是等边三角形.从A点释放小球后,小球将沿AO方向做匀加速直线运动,到C点时绳子张紧.该过程据动能定理:
${F}_{合}L=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}$ ①
所以解得:${v}_{C}=\frac{2}{4\sqrt{3}}\sqrt{gL}$,则沿切线方向的分量:${{v}_{C}}^{′}={v}_{C}cos30°=\sqrt{\sqrt{3}gL}$
从C点到B点据动能定理:
$mgL(1-cos30°)+EqLsin30°=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{C}{′}^{2}$ ②
联立解得:${v}_{B}=\sqrt{(2+\frac{\sqrt{3}}{3})gL}$
(2)
小球到达最低点,绳断后,电场反向,则重力与电场力的合力对小球先做负功后做正功,则小球动能减小最多处,其动能才最小.合力对小球所做的负功最大处沿合力的反方向,的速度减为零,只有沿合力垂直方向的速度(如图所示),
${v}_{L}={v}_{B}cos30°=\frac{\sqrt{3}}{2}$$\sqrt{(2+\frac{\sqrt{3}}{3})gL}$,
则小球在以后运动的最小动能:
${E}_{kmin}=\frac{1}{2}m{{v}_{L}}^{2}$=$\frac{3}{8}(2+\frac{\sqrt{3}}{3})mgL$.
答:(1)求小球落至最低点B处的速度大小为$\sqrt{(2+\frac{\sqrt{3}}{3})gL}$.
(2)若小球落至最低点B处时,绳突然断开,同时使电场反向,大小不变,则小球在以后的运动过程中的最小动能为$\frac{3}{8}(2+\frac{\sqrt{3}}{3})mgL$.
点评 本题的关键是要分清小球的运动过程,容易搞错的是把小球运动当成向下摆动,这样就走入题设圈套.所以受力分析的重要性在此可窥一斑.小球初始合力右向下,由静止开始向右下做匀加速直线运动,直到绳子张紧.然后再做圆周运动到B点.至于第二问,涉及的是类斜抛运动,可以参照斜抛运动去处理.
| A. | 亚里士多德认为物体下落的快慢是由它们的重量决定的 | |
| B. | 平均速度、瞬时速度以及加速度等概念是由牛顿首先建立的 | |
| C. | 伽利略做了上百次自由落体运动的实验得出自由落体运动是匀变速直线运动 | |
| D. | 伽利略是伟大的英国物理学家,他创造了把实验和逻辑推理相结合的科学方法 |
| A. | 在下滑过程中,由于重力做正功,所以有v2>v1 | |
| B. | 从ab进入GH到MN与JP的中间位置的过程中,机械能守恒 | |
| C. | 从ab进入GH到MN与JP的中间位置的过程,有(W1-△Ek)机械能转化为电能 | |
| D. | 从ab进入GH到MN与JP的中间位置的过程中,线框动能的变化量大小为△Ek=W1+W2 |
| A. | 1:2;1:1 | B. | 1:2;1:4 | C. | 1:1;1:2 | D. | 2:1;4:1 |