如图所示,与水平面成37°倾斜轨道AB,其沿直线在C点与半径R=1m的半圆轨道CD相切,全部轨道为绝缘材料制成且放在竖直面内.整个空间存在水平向左的匀强电场,MN的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场.一个质量为m=0.4kg的带电小球从A点无初速开始沿斜面下滑,至B点时速度为,接着沿直线BC(此处无轨道)运动到达C处进入半圆轨道,进入时无动能损失,且刚好到达D点,从D点飞出时磁场立即消失,不计空气阻力,g=10m/s2,cos37°=0.8,求:
(1)小球带何种电荷.
(2)小球离开D点后的运动轨迹与直线AC的交点距C点的距离.
(3)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功.
(1)正电荷 ;(2)2.26m;(3)27.6J
题目分析:(1)由小球离开B点后仍能沿直线方向运动,则可确定电场力、与洛伦兹力的方向,从而可得出小球带正电。
(2)依题意可知小球在BC间做匀速直线运动.
在C点的速度为:
在BC段其受力如图所示,设重力和电场力合力为F.
F=qvCB
又F=mg/cos37°=5N
解得:
在D处由牛顿第二定律可得:
将代入上式并化简得:
小球离开D点后作类平抛运动,其加速度为:
a=F/m
由得:
(3)设CD段摩擦力做功为Wf,由动能定理可得:
克服摩擦力做功:
解得:=27.6J