物理
如图所示,在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的光滑离心轨道,一个带负电的小球从斜轨道上的A点由静止释放,沿轨道滑下(小球的重力大于所受的电场力).(1)已知小球的质量为m,电量大小为q,匀强电场的场强大小为E,斜轨道的倾角为α,求小球沿斜轨道下滑的加速度的大小;(2)若使小球通过半径为R的圆轨道顶端的B点时不落下来,求A点距水平地面的高度h至少应为多大?(3)若小球从斜轨道h=5R处由静止释放.假设其能够通过B点,求在此过程中小球机械能的改变量.

2019-06-26

如图所示,在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的光滑离心轨道,一个带负电的小球从斜轨道上的A点由静止释放,沿轨道滑下(小球的重力大于所受的电场力).
(1)已知小球的质量为m,电量大小为q,匀强电场的场强大小为E,斜轨道的倾角为α,求小球沿斜轨道下滑的加速度的大小;
(2)若使小球通过半径为R的圆轨道顶端的B点时不落下来,求A点距水平地面的高度h至少应为多大?
(3)若小球从斜轨道h=5R处由静止释放.假设其能够通过B点,求在此过程中小球机械能的改变量.
优质解答
(1)由牛顿第二定律有(mg-qE)sinα=ma得:
                    a=
(mg−qE)sinα
m

(2)球恰能过B点有:
           (mg-qE)=
mv2
R
                    (1)
   由动能定理,从A点到B点过程,则有:
          (mg-qE)(h1-2R)=
1
2
mv
2
B
-0         (2)
          由(1)(2)解得h1=
5
2
R

(3)因电场力做负功,导致机械能减少,电势能增加
   则增加量:△E=qE(h2-2R)=qE(5R-2R)=3qER
    由能量守恒定律得机械能减少,且减少量为3qER.
答:(1)已知小球的质量为m,电量大小为q,匀强电场的场强大小为E,斜轨道的倾角为α,小球沿斜轨道下滑的加速度的大小为
(mg−qE)sinα
m

(2)若使小球通过半径为R的圆轨道顶端的B点时不落下来,A点距水平地面的高度h至少应为
5
2
R

(3)若小球从斜轨道h=5R处由静止释放.假设其能够通过B点,在此过程中小球机械能的改变量3qER
(1)由牛顿第二定律有(mg-qE)sinα=ma得:
                    a=
(mg−qE)sinα
m

(2)球恰能过B点有:
           (mg-qE)=
mv2
R
                    (1)
   由动能定理,从A点到B点过程,则有:
          (mg-qE)(h1-2R)=
1
2
mv
2
B
-0         (2)
          由(1)(2)解得h1=
5
2
R

(3)因电场力做负功,导致机械能减少,电势能增加
   则增加量:△E=qE(h2-2R)=qE(5R-2R)=3qER
    由能量守恒定律得机械能减少,且减少量为3qER.
答:(1)已知小球的质量为m,电量大小为q,匀强电场的场强大小为E,斜轨道的倾角为α,小球沿斜轨道下滑的加速度的大小为
(mg−qE)sinα
m

(2)若使小球通过半径为R的圆轨道顶端的B点时不落下来,A点距水平地面的高度h至少应为
5
2
R

(3)若小球从斜轨道h=5R处由静止释放.假设其能够通过B点,在此过程中小球机械能的改变量3qER
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