如图所示,BC是半径为R的
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 4
(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.
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(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
(带正电)3mg 4E
故滑块的带电量q1
,带正电.3mg 4E
(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=
•R=(mg-q1E) μmg+q1E
R1 4
故水平轨道上A、B两点之间的距离L为
R.1 4
(3)分析知D点速度最大,设VD由动能定理有
mgRcosα-qER(1-sinα)=
mvD2-0 1 2
设支持力N,由牛顿第二定律
N-F=mvD2 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.