如图所示,竖直平面上有一光滑绝缘半圆轨道,处于水平方向且与轨道平面平行的匀强电场中,轨道两端点A、C高度相同,轨道的半径为R.一个质量为m的带正电的小球从槽右端的A处无
◎ 题目
如图所示,竖直平面上有一光滑绝缘半圆轨道,处于水平方向且与轨道平面平行的匀强电场中,轨道两端点A、C高度相同,轨道的半径为R.一个质量为m的带正电的小球从槽右端的A处无初速沿轨道下滑,滑到最低点B时对槽底压力为2mg.求小球在滑动过程中的最大速度. 两位同学是这样求出小球的最大速度的: 甲同学:B是轨道的最低点,小球过B点时速度最大,小球运动过程机械能守恒,mgR=
乙同学:B是轨道的最低点,小球过B点时速度最大,小球在B点受到轨道的压力为FN=2mg,由牛顿第二定律有FN-mg=m
请分别指出甲、乙同学的分析是否正确,若有错,将最主要的错误指出来,解出正确的答案,并说明电场的方向. |
◎ 答案
甲同学的分析是错误的,小球的机械能不守恒. 乙同学分析也是错误的,小球在滑动过程中的最大速度的位置不在最低点B. 正确解如下: 小球在B点时,FN-mg=m
∵FN=2mg∴v2=gR 从A到B,设电场力做功WE,由动能定理,WE+mgR=
得WE=-
∵电场力做负功,∴带电小球受电场力方向向右FE=
场强方向向右 从A到B之间一定有位置D是小球运动的切线方向瞬时合力为零处,也是小球速度最大处 设OD连线与竖直方向夹角θ,FEcosθ=Gsinθ
vmax= |