题目内容

如图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场,在虚线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一绝缘形管杆由两段直杆和一半径为R的半圆环组成,固定在纸面所在的竖直平面内.PQ、MN水平且足够长,半圆环MAP在磁场边界左侧,P、M点在磁场界线上,NMAP段是光滑的,现有一质量为m、带电量为+q的小环套在MN杆,它所受到的电场力为重力的倍.现在M右侧D点静止释放小环,小环刚好能到达P点,

   (1)求DM间的距离x0.

   (2)求上述过程中小环第一次通过与O等高的A点时弯杆对小环作用力的大小.

   (3)若小环与PQ间的动摩擦因数为μ(设最大静止摩擦力与滑动摩擦力大小相等).现将小环移至M点右侧6R处由静止开始释放,求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功.

解:(1)由动能定理qEx0-2mgR=0                    

                    qE=mg

                    ∴x0=4R                                 

   (2)设小环在A点速度vA

        由动能定理qE(x0+R)-mgR=mvA2                             

       

        由向心力公式:                     

                                            

   (3)若μmg≥qE即μ≥

        小环达P点右侧S1处静止

        qE(6R-S1)-mg·2R-μmgS1=0                               

                                                    

                                          

        若μmg<qE即μ<

        环经过往复运动,最后只能在PD之间运动,设克服摩擦力为W

        则:qE6R-mg2R-W=0                                   

        ∴W=mgR  

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