(20分)如图,光滑绝缘 * * 台距水平地面高H=0.80m,地面与竖直绝缘光滑圆形轨道在A点连接,A点距竖直墙壁s=0.60m,整个装置位于水平向右的匀强电场中。现将一质量m=0.1kg,电荷量q=10-3C的正电荷小球(可视为质点)从平台上端点N由静止释放,离开平台N后,恰好切入半径为R=0.4m的绝缘光滑圆形轨道,并沿轨道运动到P点射出。图中O点是圆轨道的圆心,BC分别是原先轨道的最低和最高点,AO、BO间夹角为53°。(取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)电场强度E的大小;
(2)小球到A点的速度大小和方向;
(3)小球对轨道最大压力。
(1)(2)速度方向与水平方向成
.大小为5m/s(3)10N
题目分析:(1) 小球离开N点后
竖直方向只有重力作用,初速度0,所以 (1分)
水平方向只受到电场力作用,初速度0,所以 ; (1分)
(1分)
几何关系如下图
(2分)
代入数据可得 (1分)
(2)由公式v2="2ax" 可得
竖直方向
水平方向
根据速度的矢量合成 (4分)
,速度方向与水平方向成
(2分)
(3)电场力和重力的合力,假设合力与竖直方向夹角
,
则有,所以
,方向沿OF方向。
合力大小方向均不变,可等效为重力,所以等效重力为。F点即为等效重力的最低点
最大速度在如图所示的F点,
从N点到F点由动能定理可知
代入数据可得F点的速度m/s (3分)
在F点: (2分)
代入数据可得 (1分)
根据牛顿第三定律:小球对轨道最大压力 ( 2分)