Question

如圖所示，AB為固定在豎直平面內(nèi)粗糙傾斜軌道，BC為光滑水平軌道，CD為固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道，且AB與BC通過一小段光滑弧形軌道相連，BC與弧CD相切。已知AB長為L=10m，傾角θ=37°，BC長s=4m，CD弧的半徑為R=2m，O為其圓心，∠COD=143°。整個裝置處在水平向左的勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度大小為E=1×10³N/C。一質(zhì)量為m=0.4kg、電荷量為q= +3×10 ^-3C的物體從A點以初速度v_A=15m/s沿AB軌道開始運(yùn)動。若物體與軌道AB間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s²，物體運(yùn)動過程中電荷量不變。求：

（1）物體在AB軌道上運(yùn)動時，重力和電場力對物體所做的總功；

（2）物體到達(dá)B點的速度；

（3）通過計算說明物體能否到達(dá)D點。

 

 

Answer 1

【答案】

（1）W=0（2）（3）物體恰好能到達(dá)D點.

【解析】

試題分析：（1）物體所受重力和電場力的合力大小為

    

合力與豎直方向的夾角為α

 

即合力與軌道AB垂直，所以物體在軌道AB上運(yùn)動時重力和電場力對物體做的總功為W=0

（2）在AB段上物體所受摩擦力 

對AB段運(yùn)動使用動能定理： 

解得 

（3）D點為CD軌道上的等效最高點，設(shè)物體能到D點，其速度為v_D

對物體由B到D的過程由動能定理得

             

解得 

設(shè)物體恰能到D點時速度為v₀，由牛頓第二定律得

 

解得     

故v₀ = v_D

因此物體恰好能到達(dá)D點 

考點：此題通過帶電粒子在電場和重力的復(fù)合場中的運(yùn)動考查了牛頓定律及動能定理。