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
◎ 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v0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fm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v0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=
（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． fm=μN=μ（mg+
小球经过M′点时的加速度大小为：a=
（3）根据对称性可知，由d→b，小球克服摩擦力做的功等效为： Wf=mgμ×6L=6mgμL 而电场力做的功为零 ∴初速度v0的最小值应满足：
∴v0=
答：（1）匀强电场的电场强度是
（2）运动过程中小球所受摩擦力的最大值是μ（mg+
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