Question

如圖所示，半徑為R的光滑絕緣圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，在環(huán)的底端B點固定一個帶正電的小珠，環(huán)上還套有一個質(zhì)量為m，帶有與小珠等量正電荷的小球，現(xiàn)將小球從A點（半徑OA水平）由靜止釋放開始運動，當運動到C點（∠AOC=30°）時獲得的最大動能為Ekm，求
（1）小球在A點剛釋放時運動的加速度？
（2）小球從位置A運動到位置C的過程中所受靜電力做的功？
（3）小球在位置C時受到圓環(huán)對它的作用力？

Answer 1

分析：（1）當小球運動到C點的動能最大，知在垂直于OC方向上的合力等于0，即在C點庫侖力和重力在垂直于OC方向上的分力大小相等，根據(jù)牛頓第二定律求出小球在A點剛釋放時的加速度．
（2）對A到C的過程運用動能定理，根據(jù)動能定理求出靜電力做的功．
（3）沿半徑方向的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律求出小球在位置C時受到圓環(huán)對它的作用力．

解答：解：（1）小球在C點速度最大有：mgcos30°=k

q2

R2

cos30°    mg=k

q2

R2

所以剛釋放小球時有：mg-k

q2

( 2 R)2

cos45°=ma
解得a=g-

2

4

g．
答：小球在A點剛釋放時運動的加速度為g-

2

4

g．
（2）小球從位置A運動到位置C的過程中，運用動能定理得，W+mg?

1

2

R=EKm
解得：W=EKm-

1

2

mgR．
答：小球從位置A運動到位置C的過程中所受靜電力做的功為EKm-

1

2

mgR．
（3）小球在C點，根據(jù)圓周運動有：NC-k

q2

R2

sin30°-mgsin30°=m

v2

R

解得：NC=mg+

2EKm

R

．
答：小球在位置C時受到圓環(huán)對它的作用力NC=mg+

2EKm

R

．

點評：本題綜合運用力牛頓運動定律和動能定理，屬于中檔題，關鍵知道當小球運動到C點的動能最大，在垂直于OC方向上的合力等于0，以及知道沿半徑方向上的合力提供圓周運動的向心力．