问题 问答题

如图所示,位于竖直平面内的光滑轨道,由一段水平的直轨道和与之相切的圆弧轨道ABC连接而成,OC连线与竖直方向夹角为θ=30°.空间中存在一与与水平面成θ=30°且斜向下的电场,电场强度为E,圆形轨道的半径为R=

3
m.一质量为m=1kg的小物块带正电,所带电荷量q,且满足Eq=mg.物块在A点获得一初速度,可使得物块恰能在ABC段不离开圆轨道.求:

(1)物块在C点的速度;

(2)物块在A点对轨道的压力;

(3)滑块从C点飞出后到达水平轨道所经历的时间t.

答案

(1)物块所受电场力与重力的合力斜向下,与竖直方向夹角为30°,大小为:F=

3
mg

物块过C点的临界条件为:

3
mg=m
v2c
R

解得vc=

3
gR
=
30
m/s

方向沿C的切线方向.

(2)设物块在A点速度为vA,由动能定理:

1
2
m
v2C
-
1
2
m
v2A
=-FR(1+cos30°)

在A点:N-Fcos30°=m

v2A
R

解得:N=(3

3
+
9
2
)mg=(30
3
+45)N

根据牛顿第三定律:物块对轨道的压力为(30

3
+45)N

(3)从C点飞出后,看似做斜上抛运动,而实际上C点为等效最高点,可以按照等效力场的方法,按照平抛运动的方法解题.故在合力方向作初速度为0的匀加速直线运动

加速度为a=

F
m
=
3
g

位移为x=R+

R
cos30°

历时t=

2x
a
=
3+2
3
15
s

答:(1)物块在C点的速度为

30
m/s;(2)物块对轨道的压力为:(30
3
+45)N
;(3)从C点飞出后到达水平轨道所经历的时间
3+2
3
15
s

单项选择题
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