Question

【題目】如圖所示，水平絕緣光滑軌道AB的B端與處于豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧形粗糙絕緣軌道BC平滑連接，圓弧的半徑R=0.40m。在軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度E=1.0×104N/C�，F(xiàn)有一質(zhì)量m=0.10kg的帶電體（可視為質(zhì)點(diǎn)）放在水平軌道上與B端距離s=1.0m的位置，由于受到電場(chǎng)力的作用帶電體由靜止開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道的C端時(shí)，速度恰好為零。已知帶電體所帶電荷q=8.0×10-5C，取g=10m/s2，求：

(1)帶電體在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度大小及運(yùn)動(dòng)到B端時(shí)的速度大小；

(2)帶電體運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道的B端時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力大�。�

(3)帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力和摩擦力對(duì)帶電體所做的功各是多少。

Answer 1

【答案】(1) vB=4.0m/s (2)N′=5.0N (3) W電=0.32J W摩=-0.72J

【解析】試題分析：（1）根據(jù)牛頓第二定律求出帶電體運(yùn)動(dòng)的加速度，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出B點(diǎn)的速度大小，（2）在B點(diǎn)靠重力和支持力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律求出支持力的大小，從而根據(jù)牛頓第三定律，得出帶電體運(yùn)動(dòng)到圓弧形軌道的B端時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力．（3）從B點(diǎn)到C點(diǎn)有電場(chǎng)力、重力、摩擦力做功，根據(jù)動(dòng)能定理求出摩擦力做的功．

（1）設(shè)帶電體在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a

根據(jù)牛頓第二定律有：qE=ma

解得：

設(shè)帶電體運(yùn)動(dòng)到B端的速度大小為

由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：

解得：

（2）設(shè)帶電體運(yùn)動(dòng)到圓軌道B端時(shí)受軌道的支持力為N

根據(jù)牛頓第二定律有：

解得：N=5N

根據(jù)牛頓第三定律可知，帶電體對(duì)圓弧軌道B端的壓力大小為：

方向：豎直向下

（3）因電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)

則帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力所做的功為

設(shè)帶電體沿圓弧形軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦力所做的功為

對(duì)此過(guò)程根據(jù)動(dòng)能定理有：

解得：