题目内容

【题目】如图所示,一内壁光滑的绝缘圆管A加固定在竖直平面内。圆管的圆心为O,D点为圆管的最低点,AB两点在同一水平线上,AB=2L,圆环的半径为r= (圆管的直径忽略不计),过OD的虚线与过AB的虚线垂直相交于C点。在虚线AB的上方存在水平向右的、范围足够大的匀强电场;虚线AB的下方存在竖直向下的、范围足够大的匀强电场,电场强度大小等于。圆心O正上方的P点有一质量为m、电荷量为 (>0)的绝缘小物体(视为质点),PC间距为L。现将该小物体无初速释放,经过一段时间,小物体刚好沿切线无碰撞地进入圆管内,并继续运动。重力加速度用g表示。

(1)虚线AB上方匀强电场的电场强度为多大?

(2)小物体从管口B离开后,经过一段时间的运动落到虚线AB上的N点(图中未标出N点),则N点距离C点多远?

(3)小物体由P点运动到N点的总时间为多少?

【答案】(1) (2) (3)

【解析】(1)小物体无初速释放后在重力、电场力的作用下做匀加速直线运动,小物体刚好沿切线无碰撞地进入圆管内,故小物体刚好沿PA连线运动,重力与电场力的合力沿PA方向;又,故,解得:

(2)小物体从P到A的运动由动能定理可得: ,解得:

虚线AB的下方存在竖直向下的、范围足够大的匀强电场,电场强度大小等于,电荷量为 (>0)的绝缘小物体所受电场力,方向竖直向上,故小物体从A到B做匀速圆周运动,

小物体从管口B离开后,经过一段时间的运动落到虚线AB上的N点,对竖直方向: 解得:

水平方向: 、 解得:

N点距离C点:

(3)小物体从P到A的时间 ,则解得:

物体从A到B的时间,则

小物体由P点运动到N点的总时间

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