题目内容
【题目】如图所示,一小滑块带正电,质量为m,从P点以初速度v0水平抛出,恰好从上端口a点以速度v0竖直向下进入
圆弧金属管形轨道ab,然后从下端口b点滑出,并滑上水平传送带.P点到a点的竖直距离为h,金属管形轨道ab内壁光滑,半径为R,管道内径很小,但略大于小滑块的尺寸。b点上方左侧整个区域(不包括b点所在的竖直线)存在水平向外的的匀强磁场和竖直向上的匀强电场,磁感应强度为B,电场强度为E。当传送带静止时,小滑块恰好运动到传送带右端点c点停下。已知重力加速度为g。
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(1)求小滑块的初速度v0。
(2)求小滑块刚要滑出b端口时,对圆轨道的压力大小。
(3)若传送带匀速转动,试讨论滑块到达c点时的动能Ek与传送带速率v的关系。
【答案】(1)
(2)
(3)若
则
;若
则:
【解析】
(1)小滑块从p到a做匀速圆周运动,电场力等于重力,列式求解小滑块的初速度v0。
(2)根据机械能守恒定律和牛顿第二定律求解小滑块刚要滑出b端口时,对圆轨道的压力大小。
(3)结合动能定理讨论滑块到达c点时的动能Ek与传送带速率v的关系。
(1)小滑块从p到a做匀速圆周运动,则:qE=mg
qv0B=m
解得
(2)小滑块进入金属管形轨道将失去电荷,所以从a到b的过程中,不受电场力和洛伦兹力作用,机械能守恒,则:
在b点:
解得
(3)若传送带逆时针转动,滑块的受力与运动情况与传送带静止不动时相同,故滑块到达c点时的动能为零,与传送带的速度无关;若传送带顺时针转动,设恰好使物体一直加速时传送带速度大小为vc,则
传送带静止时有:![]()
综合(2)联立方程解得:
所以传送带顺时针转动时,滑到c点的动能与传送带速率v的关系是:若
则
;
若
则:![]()
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