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如图，一“?”形绝缘导轨竖直放置，处在水平向右的匀强电场中．左边的半圆弧与水平杆ab、cd相切于a、c两点，两水平杆的高度差为h，杆长为4L，O为ad、bc连线的交点，虚线MN、M′N
网友投稿 2022-11-05 00:00:00 零零社区
◎ 题目
如图，一“?”形绝缘导轨竖直放置，处在水平向右的匀强电场中．左边的半圆弧与水平杆ab、cd相切于a、c两点，两水平杆的高度差为h，杆长为4L，O为ad、bc连线的交点，虚线MN、M′N′的位置如图，其中aM=MM′=CN=NN′=L，M′b=N′d=2L．一质量为m，带电量为-q的小球穿在杆上．虚线MN左边的导轨光滑，虚线MN右边的导轨与小球之间的动摩擦因数为μ．已知：在O处没有固定点电荷+Q的时候，将带电小球自N点由静止释放后，小球刚好可到达a点．现在O处固定点电荷+Q，并将带电小球自d点以初速度v
0
向左瞬间推出．结果小球可沿杆运动到b点．（静电力恒量为k，重力加速度为g，在运动过程中+Q对-q的电场力始终小于小球的重力）求：
（1）匀强电场的电场强度E；
（2）运动过程中小球所受摩擦力的最大值f
m
和小球经过M′点时的加速度大小a；
（3）使小球能够运动到b点的初速度v
0
的最小值．
◎ 答案
（1）根据动能定理研究带电小球自N点由静止释放后，小球刚好可到达a点过程
由题意有：qEL-mgh=0-0=0
∴
E=
mgh
qL
（2）运动过程中小球受重力、向上的弹力、向左的摩擦力、向左的电场力，指向O点的库仑力，
根据正交分解可知：小球经过M′点时库仑力竖直向下达到最大值，球与轨道之间的弹力最大，所受的滑动摩擦力最大．
f
m
=μN=μ（mg+
kQq
(
h
2
)
2
）=μ（mg+
4kQq
(h)
2
）
小球经过M′点时的加速度大小为：
a=
qE+
f
m
m
=
mgh
L
+μ(mg+
4kQq
h
2
)
m
=
gh
L
+μ(g+
4kQq
m
h
2
)
（3）根据对称性可知，由d→b，小球克服摩擦力做的功等效为：
W
f
=mgμ×6L=6mgμL
而电场力做的功为零
∴初速度v
0
的最小值应满足：
1
2
m
v
20
=mgh+
W
f
∴
v
0
=
2gh+12gμL
答：（1）匀强电场的电场强度是
mgh
qL
；
（2）运动过程中小球所受摩擦力的最大值是μ（mg+
4kQq
(h)
2
），小球经过M′点时的加速度大小是
gh
L
+μ(g+
4kQq
m
h
2
)
；
（3）使小球能够运动到b点的初速度v
0
的最小值是
2gh+12gμL
．
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“如图，一“?”形绝缘导轨竖直放置，处在水平向右的匀强电场中．左边的半圆弧与水平杆ab、cd相切于a、c两点，两水平杆的高度差为h，杆长为4L，O为ad、bc连线的交点，虚线MN、M′N…”主要考查了你对 【牛顿第二定律】，【动能定理】，【电势能】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202211/363335.html
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