Question

如圖所示，可視為質(zhì)點(diǎn)的物體質(zhì)量為m=0.4kg、電量為q=＋2.0×10^-2C，與水平絕緣軌道間的動摩擦因數(shù)為µ=0.2，水平軌道與半徑為R=0.4m的豎直光滑半圓形絕緣軌道相切于B點(diǎn)，AB間距為L=1.0m,軌道整體固定在地面上,空間內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)為E=1.0×10²N/C。重力加速度g取10m/s².物體在半圓形軌道上的B點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力與物體在AB間時(shí)對軌道的壓力之比，稱為物體運(yùn)動的壓力比，則：

（1）若使物體運(yùn)動的壓力比為24，則物體在出發(fā)點(diǎn)A的速度應(yīng)為多大？

（2）若物體在出發(fā)點(diǎn)A開始水平向右運(yùn)動，并沿圓弧軌道由D點(diǎn)飛出，則物體運(yùn)動的壓力比及物體在出發(fā)點(diǎn)A的速度應(yīng)滿足什么條件？

（3）若使物體運(yùn)動的壓力比為1.5，則物體運(yùn)動后停的位置距離出發(fā)點(diǎn)A的距離為多少？

 

Answer 1

（1）對物體由A運(yùn)動到B的過程，應(yīng)用動能定理可得：

—μ(mg+qE)L=mｖ_Ｂ^２－mｖ_A^２………………①

物體在AB間時(shí)對軌道的壓力N₁=mg+qE………………②

對物體在B點(diǎn)，應(yīng)用牛頓第二定律可得：N₂－(mg+qE)=   ………………③

設(shè)物體運(yùn)動的壓力比為n，則n==24………………④

由①～④可得：ｖ_A=12m/s………………⑤

（2）根據(jù)題意，可設(shè)對應(yīng)的D點(diǎn)的速度為V_D，

對物體在B點(diǎn)，應(yīng)用牛頓第二定律可得：mg+qE≤………………⑥

對物體由B運(yùn)動到D的過程，應(yīng)用動能定理可得：— (mg+qE)2R=mｖ_D^２－mｖ_B^２……………⑦

對物體由A運(yùn)動到D的過程，應(yīng)用動能定理可得：

—μ(mg+qE)L— (mg+qE)2R=mｖ_D^２－mｖ_A^２………………⑧

由⑥⑧可得：ｖ_A≥6m/s………………⑨

由②③⑦可得：n≥6………………⑩

⑶根據(jù)題意可知：n==1.5………………11

由②③11可得： (mg+qE)= ………………12

對物體由B沿圓形軌道上滑的過程，由機(jī)械能守恒定律可知：mｖ_Ｂ^２= (mg+qE)R………………13

即物體只能沿圓形軌道上滑至高度為R處，后又沿原路徑滑下，設(shè)物體所停位置與B的距離為S，

對物體由B滑出S遠(yuǎn)的過程，應(yīng)用動能定理可得：—μ(mg+qE)S=－mｖ_Ｂ^２………………14

代入數(shù)據(jù)，可得：S=0.5m………………15

物體運(yùn)動后停的位置與A的距離為L－S=0.5m………………16

 

 

解析:略