13.(14分)如图甲所示,竖直平面上有一光滑绝缘的半圆形轨道,处于水平方向且与轨道平面平行的匀强电场中,轨道两端点A、C高度相同,轨道的半径为R . 一个质量为m的带正电的小球从槽右端的A处无初速度地沿轨道下滑,滑到最低点B时对槽底压力为2mg. 求小球在滑动过程中的最大速度.

甲、乙两位同学是这样求出小球的最大速度的:

甲同学:B是轨道的最低点,小球过B点时速度最大,小球在运动过程中机械能守恒,mgR=mv2,解得小球在滑动过程中的最大速度为v=.

乙同学:B是轨道的最低点,小球过B点时速度最大,小球在B点受到轨道的压力为FN=2 mg,由牛顿第二定律有FN-mg=m,解得球在滑动过程中的最大速度v=.

请分别指出甲、乙同学的分析是否正确,若错误,将最主要的错误指出来,解出正确的答案,并说明电场的方向.

解析:甲同学的分析是错误的,小球的机械能不守恒.

乙同学的分析也是错误的,小球在滑动过程中的最大速度的位置不在最低点B.

正解如下:

小球在B点时,FN-mg=m

而FN=2mg,解得:v2=gR

从A到B,设电场力做功WE,由动能定理,有:

WE+mgR=mv2

得WE=-mgR

电场力做负功,

所以带电小球所受电场力的方向向右

FE==mg,场强方向向右

从A到B之间一定有位置D,小球运动至该点时合外力与速度方向垂直,小球在该点速度达到最大,设O、D连线与竖直方向间的夹角为θ,如图乙所示,则有:

cos θ==,sin θ=

又由动能定理,有:

mv=mgRcos θ-FE(R-Rsin θ)

解得:vmax=.

答案:略

 0  278096  278104  278110  278114  278120  278122  278126  278132  278134  278140  278146  278150  278152  278156  278162  278164  278170  278174  278176  278180  278182  278186  278188  278190  278191  278192  278194  278195  278196  278198  278200  278204  278206  278210  278212  278216  278222  278224  278230  278234  278236  278240  278246  278252  278254  278260  278264  278266  278272  278276  278282  278290  447090 

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