如图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场,电场强度为E.一绝缘弯杆由两段直杆和一半径R=1.6m的四分之一圆
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解题思路:(1)应用动能定理可以求出D、M间的距离h1

(2)由动能定理求出到达M点时的速度,由牛顿第二定律求出圆弧杆对小环作用力.

(3)环在NQ间运动时要克服摩擦力做功,机械能减少,环最终要静止在N处,由动能定理可以求出环的路程.

(1)小环由D到N,由动能定理有m1g(h1+R)-qER=0

解得h1=R

h1=1.6 m

(2)设小环由D到M点时速度为vm,则m1gh1=

1

2m1

υ2m

F−qE=m1

υ2m

R

解得F=qE+2m1g

F=8N

(3)设小环1从h2=9R处由静止释放后,到达N点的速度为v0,碰撞后小环1和2的速度分别是v1和v2,则m2gμs2=

1

2m2

υ22

v2=

2gμs2=4 m/s

m1g(h2+R)−qER=

1

2m1

υ20

υ0=

20m1gR−2qE

m=16 m/s

mv0=m1v1+m2v2

v1=4 m/s

小环1碰撞后向右运动,水平方向受向左的电场力和滑动摩擦力,停止后又将向左运动,回到N点速度大于零,沿竖直轨道运动,将超过D点,以后如此做往复运动,每次回到N点速度越来越小,最后等于零,将不会在水平杆NQ上运动.

小环1的最后状态是:在D、N两点之间做往复运动.

1

2m1

υ21=μm1gs1

s1=8 m

答:(1)求D、M间的距离h1=1.6m;

(2)小环1第一次通过圆弧杆上的M点时,圆弧杆对小环作用力F的大小为4m/s;

(3)小环1在水平杆NQ上运动通过的总路程是8m.

点评:

本题考点: 动量守恒定律;动能定理;匀强电场中电势差和电场强度的关系.

考点点评: 本题最后一问是本题的难点,分析清楚小环的运动过程,知道小环最终要静止在N点是正确解题的前提与关键,应用动能定理即可正确解析.

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