(1)设电场强度为E,
小球过C点时速度大小为vc,
小球从A到C由动能定理:
qE?3R-mg?2R=
mvc21 2
小球离开C点后做平抛运动到P点:
R=
gt21 2
2R=vct
联立方程解得:
E=
mg q
即电场强度E的大小为
.mg q
(2)设小球运动到圆周D点时速度最大为v,
此时OD与竖直线OB夹角设为α,
小球从A运动到D过程,
根据动能定理:
qE(2R+Rsinα)-mgR(1-cosα)=
mv21 2
即:
mv2=mgR(sinα+cosα+1)1 2
根据数学知识可得,
当α=450时动能最大
由此可得:vm=
(2+2
)gR
2
即小球在圆轨道上运动时最大速率为
.
(2+2
)gR
2
(3)由于小球在D点时速度最大且电场力与重力的合力恰好沿半径方向,
故小球在D点对圆轨道的压力最大,
设此压力大小为F,
由牛顿第三定律可知小球在D点受到的轨道弹力大小也为F,在D点对小球进行受力分析,并建立如图所示坐标系
由牛顿第二定律:
F-qEsinα-mgcosα=m
v
R
解得:F=(2+3
)mg
2
即小球对圆轨道的最大压力的大小(2+3
)mg.
2