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精英家教网如图所示为半径是r密度是ρ的某星球表面某处竖直平面内的一段轨道，AB是倾角为θ的粗糙直轨道，BCD是光滑的圆弧轨道，AB恰好在B点与圆弧相切，圆弧的半径为R．一个质量为m的物体（可以看作质点）从直轨道上的P点由静止释放，结果它能在两轨道间做往返运动．已知P点与圆弧的圆心0等高，物体与轨道AB间的动摩擦因数为μ，万有引力常量为G，求：
（1）物体做往返运动的整个过程中，在AB轨道上通过的总路程；
（2）若物体恰能过D点，求物体对轨道的最大压力．
分析：①利用动能定理求摩擦力做的功；
②根据圆周运动中能过最高点的条件求出D点的速度，然后根据动能定理求出E点的速度，再根据牛顿第二定律求出E点对轨道的压力；
解答：解：设该天体表面重力加速度为g，
（1）全过程，物体只在粗糙斜面上消耗机械能，故：μmgscosθ=mgRcosθ
解得：s=
R
μ

（2）对该天体表面质量为m0的物体有：m0g=
GMm0
r2

又：M=ρ
4
3πr2

物体在最低点E处对轨道压力F最大，物体所受支持力F′=F
由牛顿第二定律可的：F′=mg=
mvE2
r

对物体由E到D由机械能守恒定律：
1
2
mvE2=
1
2
mvD2=2mgR
联立解得：F=8πGMrρ
答：（1）物体做往返运动的整个过程中，在AB轨道上通过的总路程
R
μ
；
（2）若物体恰能过D点，求物体对轨道的最大压力8πGMrρ．
点评：本题综合应用了动能定理求摩擦力做的功、圆周运动及圆周运动中能过最高点的条件，对动能定理、圆周运动部分的内容考查的较全，是圆周运动部分的一个好题
练习册系列答案
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（2006?东城区三模）电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测得的．密立根油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连接，使上板带正电，下板带负电，油滴从喷雾器喷出后，经过上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中，在强光照射下，观察者通过显微镜观察油滴的运动．大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时因摩擦而带电，密立根通过实验测得数千个油滴所带电荷量，并分析得出这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量即电子所带电荷量．
从喷雾器喷出的小油滴可以视为球形，小油滴在空气中下落时受到的空气阻力大小跟它下落的速度v的大小成正比，即f=6πηr v，式中r为油滴的半径，η为粘度系数．
（1）实验中先将开关S断开，测出小油滴下落一段时间后达到匀速运动时的速度v1，已知油的密度为ρ，粘度系数为η，空气的浮力远小于重力，可以忽略，试由以上数据计算小油滴的半径r．
（2）待小油滴向下运动的速度达到v1后，将开关S闭合，小油滴受电场力作用，最终达到向上匀速运动，测得匀速运动时的速度v1，已知两金属板间的距离为d，电压为U，试由以上数据计算小油滴所带的电荷量．
（2013?浙江模拟）电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测得的．密立根油滴实验的原理如图所示：两块水平放置的平行金属板与电源相连接，上板带正电，下板带负电，油滴从喷雾器喷出后，由于与喷嘴摩擦而带负电，油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入（可认为初速度为0）平行金属板间，落到两板之间的匀强电场中．在强光照射下，观察者通过显微镜观察油滴的运动．从喷雾喷出的小油滴可以视为球形，小油滴在空气中下落时受到的空气阻力f大小跟它下落的速度v的大小的关系是：f=6πηrv，式中r为油滴半径，η为粘滞系数．设重力加速度为g，不考虑油滴的蒸发．
（1）实验中先将开关断开，测出小油滴下落一段时间后达到匀速运动时的速度v1，已知油的密度为ρ，空气的密度为ρ′，粘滞系数为η，试由以上数据计算小油滴的半径r；
（2）待小球向下运动的速度达到v1后，将开关闭合，小油滴受电场力作用，最终达到向上匀速运动，测得匀速运动的速度v2，已知两金属板间的距离为d，电压为U．试由以上数据计算小油滴所带的电荷量q；
（3）大致（不要求精确的标度）画出油滴从进入平行金属板到向上匀速运动这段过程中的v-t图象（设竖直向下为正方向）．
（2005?浦东新区一模）美国物理学家密立根于1910年利用如图所示的实验装置，确定了电荷的不连续性，并测定了基元电荷（即基本电荷）的数值．图中雾状小油滴被喷到水平放置、间距为d的两块平行金属板上面的空间．上板有一个小孔，当油滴穿过小孔进入两板间的空间后，通过显微镜观察可测出在两板间不加电压时，油滴下降的速率，从而算出油滴质量m．再用X射线照射两板间的空气使之电离，从而使油滴带上微小的电量q．在两金属板上加电压，使金属板带上等量异种电荷，不断调节所加电压值，如果当两金属板间所加电压为U时，有一带电油滴D恰能悬浮在两板间保持平衡．
（1）该油滴带何种电荷？
（2）若已知油滴的质量为m，试求油滴所带电量q；
（3）密立根是通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量的．在两金属板未加电压时，由于空气的粘滞性，油滴受到的空气粘滞阻力f=6πηrv作用，式中η是空气的粘滞系数．实验中测得某油滴半径为r，油的密度为ρ，该油滴匀速下落的终极速度为v，空气浮力不计．试用η、ρ、g、U、d、v表示油滴所带的电量q．（球体的体积公式为V=
43
πr3）
电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根于1917年通过油滴实验测得的．他测量了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都是某个最小电荷量的整数倍．这个最小的电荷量就是电子所带的电荷量．
密立根实验的原理如图所示，A、B是两平行放置的水平金属板，A板带正电荷，B板带负电荷．从喷雾器嘴喷出的小油滴，从A板上的小孔落到A、B板之间的匀强电场中．如果小油滴带负电荷，它在电场中受竖直向下的重力和竖直向上的电场力作用，调节电场强度的大小（改变极板之间的电压），可以使油滴在A、B之间处于静止状态．
实验中用显微镜测得某油滴（可视为球体）的半径为R，当它处于静止状态时，电场强度为E．已知油的密度为ρ，重力加速度为g，球体的体积V=
43
πR3，求：
（1）该油滴重量的表达式．
（2）该油滴上所带电荷量的表达式．
（3）若该油滴的半径R=2.00×10-6m，当它处于静止状态时，电场强度E=2.00×105N/C．已知油的密度为ρ=0 80×103kg/m3，取重力加速度g=10m/s2，电子的电量e=1.60×10-19C，π=3，则该油滴上所带电荷量是电子电量的多少倍？
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电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验测得的。密立根油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连接，使上板带正电，下板带负电，油滴从喷雾器喷出后，经过上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中，在强光照射下，观察者通过显微镜观察油滴的运动。大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时因摩擦而带电，密立根通过实验测得数千个油滴所带电荷量，并分析得出这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量即电子所带的电荷量。
 
           从喷雾喷出的小油滴可以视为球形，小油滴在空气中下落时受到的空气阻力大小跟它下落的速度的大小成正比，即，式中r为油滴的半径，为粘度系数。

   （1）实验中先将开关S断开，测出小油滴下落一段时间后达到匀速运动时的速度，已知油的密度为，粘度系数为，空气的浮力远小于重力，可以忽略，试由以上数据计算小油滴的半径r。

   （2）待小球向下运动的速度达到后，将开关S闭合，小油滴受电场力作用，最终达到向上匀速运动，测得匀速运动的速度，已知两金属板间的距离为d，电压为U，试由以上数据计算小油滴所带的电荷量。

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