如图所示,BC是半径为R的1/4圆弧形的光滑且绝缘的轨道,位于竖直平面内,其下端与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度为E.今有一质量为m、带

◎ 题目

如图所示,BC是半径为R的1/4圆弧形的光滑且绝缘的轨道,位于竖直平面内,其下端与水平绝缘轨道平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度为E.今有一质量为m、带正电q的小滑块(体积很小可视为质点),从C点由静止释放,滑到水平轨道上的A点时速度减为零.若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ,求:
(1)滑块通过B点时的速度大小Vb
(2)水平轨道上A、B两点之间的距离S?
(3)从B点运动到A点所用的时间t?
魔方格

◎ 答案

(1)小滑块从C到B的过程中,只有重力和电场力对它做功,设滑块通过B点时的速度为vB,根据动能定理有:mgR-qER=
1
2
m
v2B
                 
 解得:vB=

2(mg-qE)R
m
               
  (2)小滑块在AB轨道上运动时,所受摩擦力为f=μmg         
   小滑块从C经B到A的整个过程中,重力做正功,电场力和摩擦力做负功.设小滑块在水平轨道上运动的距离(即A、B两点间的距离)为L,则根椐动能定理有:
mgR-qE(R+L)-μmgL=0
解得:L=
mg-qE
μmg+qE
R

(3)滑块在水平面上做匀减速运动,-μmg-qE=ma
at=0-vB
联立以上2公式解得:t=-
vB
a
=
m
μmg+qE

2(mg-qE)R
m

答:(1)滑块通过B点时的速度大小为

2(mg-qE)R
m

    (2)水平轨道上A、B两点之间的距离L=
mg-qE
μmg+qE
R

    (3)从B点运动到A点所用的时间
m
μmg+qE

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2(mg-qE)R
m
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