(2011?安徽一模)如图所示,光滑水平轨道与半径为R的光滑竖直半圆轨道在B点平滑连接.在过圆心O的水平界

2025-05-23 14:31:48
推荐回答(1个)
回答1:

(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=

1
2
mvc2
小球离开C点后做平抛运动到P点:
R=
1
2
gt2

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)=
1
2
mv2

即:
1
2
mv2=mgR(sinα+cosα+1)

根据数学知识可得,
当α=450时动能最大   
由此可得:vm=
(2+2
2
)gR

即小球在圆轨道上运动时最大速率为
(2+2
2
)gR

(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
2
)mg

即小球对圆轨道的最大压力的大小(2+3
2
)mg