问题
问答题
半径为R的光滑绝缘半球槽处在水平向右的匀强电场中,一质量为m的带电小球从槽的右端A处(与球心等高)无初速度沿轨道滑下,滑到最低点B时,球对轨道的压力为2mg.求:
(1)小球从A到B的过程中电场力做的功及电场力的大小;
(2)带电小球在滑动过程中的最大速度.

答案
(1)设小球运动到最低位置B时速度为v,此时N-mg=
…①v2 R
由题意,N=2mg
解得:v=gR
设电场力大小为F,做功为W,小球从A处沿槽滑到最底位置B的过程中,根据动能定理得:mgR+W=
mv2-0…②1 2
由①、②两式得:W=-
mgR…③1 2
所以此过程中电场力做负功,则电场力方向水平向右,由|W|=FR,得电场力大小为 F=|
|=W R
mg.1 2
(2)小球在滑动过程中最大速度的条件:是小球沿轨道运动过程某位置时切向合力为零,设此时小球和圆心间的连线与竖直方向的夹角为θ,如图
mgsinθ=Fcosθ…③
则得:tanθ=1 2
小球由A处到最大速度位置得过程中,由动能定理得:
mgRcosθ-
mgR(1-sinθ)=1 2
m1 2
-0v 2m
解得 vm=(
-1)gR5
答:(1)小球受到电场力的大小为
mg,方向水平向右;1 2
(2)带电小球在滑动过程中的最大速度是
.(
-1)gR5