如图为一固定在竖直平面内的绝缘轨道,AB部分为竖直,CD部分为水平,BC为与它们相切的四分之一圆弧,半径为R.空间存在水
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解题思路:(1)A-B-C-D的过程中,重力、电场力和摩擦力做功,初、末速度均为0,可以使用动能定律;(2)D-C先使用动能定律求出速度,再代入向心力的公式,可以求出对轨道的压力;(3)C-D-C的过程,物体在电场力和摩擦力的作用下,先减速后加速,两段的合力不同,应分别求出加速度,计算出两次的时间,加在一起;

(4)范围可以根据受力的关系和能量的转化与守恒来确定.

(1)A-D的过程中,重力、电场力和摩擦力做功,由动能定律得:

2mgR-2qER-μmgR-μqER=0

所以:E=

3mg

5q

(2)设再次到达C时,物体的速度是v,D-C电场力和摩擦力做功,由动能定律:

qER−μmgR=

1

2mv2

在C点支持力与重力的合力提供向心力:

FN−mg=

mv2

R

代入数据,解得:FN=1.2mg

因此,所求压力的大小为1.2mg

(3)分别用a1和t1表示所求过程中物块向右运动加速度大小和时间,则:

a1=

qE+μmg

m,[1/2a1

t21=2R

分别用a2和t2表示所求过程中物块向左运动加速度大小和时间,则:

a2=

qE−μmg

m],[1/2a2

t22=2R

又:t=t1+t2

代入数据,解得:t=

2R

g(

10

11+

1

11)

(4)由(1)可知,重力大于电场力,故物体运动的右边界为C点,从点到最左端,由动能定律:

qERsinθ-mgR(1-cosθ)=0

可得:cosθ=

8

17=0.47

答:(1)电场强度E=

3mg

5q];

(2)压力为1.2mg;

(3)再次到达C点的时间:

点评:

本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 该题带电物体在重力与电场的复合场中的运动,涉及到动能定律、圆周运动等知识点,属于较难的题目.

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