题目内容

【题目】如图所示,质量分别为m和2m的A、B两个小球用长为R的绝缘轻杆连接在一起,放在竖直平面内半径为R的光滑圆形绝缘轨道的内壁,整个装置处在水平向右的匀强电场中,电场强度为E.A球不带电,B球带正电,开始时A球处在与圆心等高的位置,现由静止释放A、B小球,B球刚好能到达轨道右侧与圆心等高的位置,求:

(1)B球带电量;

(2)当A球下降高度为时,轻杆对B球做的功;

(3)两小球在运动过程中最大速度的大小.

【答案】(1) q= (2) W= (3) vmax=

【解析】

(1)对两球组成的系统,由动能定理可得

mgR+EqR-2mgR=0-0,

解得q=

(2)A球下降高度为时,OA连线转过30°,AB在运动的过程中,速度大小始终相等,由动能定理可得

mgRsin 30°+EqRsin 30°-2mgR(1-cos 30°)=mv2+×2mv2-0

解得

设杆对B做的功为W,由动能定理

W+EqRsin 30°-2mgR(1-cos 30°)=×2mv2-0

W=()mgR

(3)mgRsin θ+EqRsin θ-2mgR(1-cos θ)=mv′2+×2mv′2-0

整理可得v′=2

当θ=45°时,有最大速度vmax=2

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