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半径R=0.4m的光滑绝缘轨道固定于竖直于平面内,加上某一方向的匀强电场时,带电...

半径R=0.4m的光滑绝缘轨道固定于竖直于平面内,加上某一方向的匀强电场时,带电小球沿轨道内侧做圆周运动,小球动能最大位置在A点,圆心O与A点的连线与竖直线成一角度θ,如图所示,在A点时小球对轨道压力N=108N,若小球的最大动能比最小动能多14.4J,且小球能够到达轨道上任意一点(不计空气阻力),试求:
(1)小球的最小动能;
(2)若小球在动能最小位置时突然撤去轨道,并保持其他量都不变,则小球经0.02s时,其动能与在A点时的动能相等,小球的质量为多少?

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(1)带电小球沿轨道内侧做圆周运动,受到重力和电场力作用,其合力是恒力,当合力沿OA连线向下时,小球通过A点时动能最大,通过关于O点对称的B点时动能最小.根据动能定理研究小球从B运动到A点的过程,求出重力与电场力的合力大小.根据牛顿第二定律和动能的计算式求出A点的动能,再求出小球的最小动能; (2)在B点撤去轨道后,小球将做类平抛运动,由题,小球经0.02s时,其动能与在A点时的动能相等,说明小球经0.02s时偏转量等于2R,由位移公式和牛顿第二定律结合求出质量. 【解析】 据题分析可知,小球的重力与电场力的合力方向必沿OA连线向下,最小动能的位置必在A点关于O点对称的B点 则有     F•2R=mvA2-mvB2 代入解得F=18N 在A点时有  N-F=m mvA2=(N-F)=18J 所以最小动能为Ekm=mvB2=18J-14.4J=3.6J ②在B点撤去轨道后,小球将做类平抛运动    由2R=at2,F=ma得 m==4.5×10-3kg 答: (1)小球的最小动能是3.6J; (2)小球的质量为4.5×10-3kg.
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考点分析:
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B.小球A带正电,小球B带负电,且QA<QB
C.小球A带负电,小球B带正电,且QA>QB
D.小球A带负电,小球B带正电,且QA<QB
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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