如图所示,固定在竖直平面内的光滑绝缘轨道,由一段斜直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成,圆形轨道半径为R.一质量为m的小物块(可视为质点)从斜直轨道上的A点由静止开始下滑

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,固定在竖直平面内的光滑绝缘轨道,由一段斜直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成,圆形轨道半径为R.一质量为m的小物块(可视为质点)从斜直轨道上的A点由静止开始下滑,然后沿圆形轨道运动.A点距轨道最低点的竖直高度为4R.已知重力加速度为g.
(1)求小物块通过圆形轨道最高点C时速度v的大小和轨道对小物块支持力F的大小;
(2)现使小物块带电,其电荷量为+q,
a.若在空间加一竖直向下的匀强电场,小物块仍从A点由静止开始下滑,小物块到达C点时,轨道对小物块的支持力为2F,求所加匀强电场场强E的大小;
b.若在空间加一垂直纸面向里的匀强磁场,小物块仍从A点由静止开始下滑,小物块到达C点时,轨道对小物块的支持力为
2
3
F
,求所加匀强磁场磁感应强度B的大小.
魔方格

◎ 答案

(1)根据机械能守恒定律有mg?(4R-2R)=
1
2
mv2

所以v=

4gR

根据牛顿第二定律有mg+F=m
v2
R

所以F=3mg
(2)a.设加电场后小物块到达C点时的速度为v1,根据动能定理和牛顿第二定律有mg?2R+qE?2R=
1
2
m
v21
mg+qE+2F=m
v21
R

又因为F=3mg
所以E=
mg
q

b.设加磁场后小物块到达C点时的速度为v2,根据动能定理和牛顿第二定律有mg?2R=
1
2
m
v22
mg+qv2B+
2
3
F=m
v22
R

又因为F=3mg
所以B=
mg

gR
2qgR

答:(1)求小物块通过圆形轨道最高点C时速度为

4gR
,轨道对小物块支持力F=3mg;
(2)所加匀强电场场强E=
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