问题 问答题

如图所示,BC是半径为R的

1
4
圆弧形光滑绝缘轨道,轨道位于竖直平面内,其下端与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度为E.现有一质量为m的带电小滑块(体积很小可视为质点),在BC轨道的D点释放后可以静止不动.已知OD与竖直方向的夹角为α=37°,随后把它从C点由静止释放,滑到水平轨道上的A点时速度减为零.若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ=0.25,且sin37°=0.6  cos37°=0.8  tan37°=0.75.取重力加速度为g求:

(1)滑块的带电量q1和带电种类;

(2)水平轨道上A、B两点之间的距离L;

(3)滑块从C点下滑过程中对轨道的最大压力.

答案

(1)静止在D处时甲的受力分析,电场力水平向左,与电场强度的方向相同,可知甲应带正电,并且有:q1E=mgtanα

q1=

mgtanα
E
=
3mg
4E
(带正电)

故滑块的带电量q1

3mg
4E
,带正电.

(2)甲从C经B到A的过程中,重力做正功,电场力和摩擦力做负功.则由动能定理有:mgR-qE(R+L)-μmgL=0

解得:L=

(mg-q1E)
μmg+q1E
•R=
1
4
R

故水平轨道上A、B两点之间的距离L为

1
4
R.

(3)分析知D点速度最大,设VD由动能定理有

mgRcosα-qER(1-sinα)=

1
2
mvD2-0                      

设支持力N,由牛顿第二定律

N-F=m

vD2
R
                                              

由平衡条件

F=

mg
cosα
                                         

解N=2.25mg                                         

由牛顿第三定律,最大压力2.25 mg.

单项选择题 A1/A2型题
单项选择题