题目内容

如图所示,AB为固定在竖直平面内粗糙倾斜轨道,BC为光滑水平轨道,CD为固定在竖直平面内的光滑圆弧轨道,且AB与BC通过一小段光滑弧形轨道相连,BC与弧CD相切。已知AB长为L=10m,倾角θ=37°,BC长s=4m,CD弧的半径为R=2m,O为其圆心,∠COD=143°。整个装置处在水平向左的匀强电场中,电场强度大小为E=1×103N/C。一质量为m=0.4kg、电荷量为q= +3×10 -3C的物体从A点以初速度vA=15m/s沿AB轨道开始运动。若物体与轨道AB间的动摩擦因数为μ=0.2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,物体运动过程中电荷量不变。求:

(1)物体在AB轨道上运动时,重力和电场力对物体所做的总功;

(2)物体到达B点的速度;

(3)通过计算说明物体能否到达D点。

(1)物体所受重力和电场力的合力大小为

     (2分)

合力与竖直方向的夹角为α

                      (1分)

即合力与轨道AB垂直,所以物体在轨道AB上运动时重力和电场力对物体做的总功为W=0                          (2分)

(2)在AB段上物体所受摩擦力N                       (2分)

对AB段运动使用动能定理:,                (2分)

解得m/s                                                (1分)

(3)D点为CD轨道上的等效最高点,设物体能到D点,其速度为vD

对物体由B到D的过程由动能定理得

              (1分)

解得m/s                                                  (1分)

设物体恰能到D点时速度为v0,由牛顿第二定律得

                                                       (1分)

解得m/s                                                   (1分)

v0=vD

因此物体恰好能到达D点                                          (1分)

(三条计算题有其他解法,只要正确均给分)

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