题目内容
如图所示,光滑绝缘的细圆管弯成半径为R的半圆形,固定在竖直面内、管口B、C的连线是水平直径,现有一带正电小球(可视为质点)从B点正上方的A点自由下落,A、B两点间距离为4R,从小球进入管口开始,整个空间中突然加上一个匀强电场,电场力在竖直向上的分力大小与重力大小相等,结果小球从管口C处脱离圆管后,其运动轨迹最后经过A点,设小球运动过程中带电量没有改变,重力加速度为g,求:
(1)小球到达B点的速度大小;
(2)小球受到的电场力的大小和方向;
(3)小球经过管口C处时对圆管壁的压力。
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(1)小球从开始自由下落到到达管口B的过程中机械能守恒,故
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到达B点时速度大小![]()
(2)设电场力的竖直分力为Fy、水平分力为Fx,则
=mg(
方向竖直向上)
小球从B运动到C的过程中,由功能定理得―Fx?2R=![]()
小球从管口C处脱离圆管后,做类平抛运动,轨迹经过A点,则
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联立解得![]()
电场力大小![]()
电场力的合力与方向水平方向成
角,则tan
=![]()
小球所受电场力方向与水平方向间的夹角
=45°
(3)小球经过管口C处时,向心力由Fx和圆管的压力N提供,设压力N的方向向左,
即![]()
得N=3mg(方向向左)
根据牛顿第三定律可知:小球经过管口C处时对圆管的压力
N′=3mg,方向水平向右
练习册系列答案
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