Question

15．如圖所示，四分之一光滑絕緣圓弧軌道AP和水平絕緣傳送帶PC固定在同一豎直平面內(nèi)，圓弧軌道的圓心為O，半徑為R；P點(diǎn)離地高度也為R，傳送帶PC之間的距離為L(zhǎng)，沿逆時(shí)針?lè)较虻膫鲃?dòng)，傳送帶速度v=$\sqrt{2gR}$，在PO的左側(cè)空間存在方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)．一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小物體從圓弧頂點(diǎn)A由靜止開(kāi)始沿軌道下滑，恰好運(yùn)動(dòng)到C端后返回．物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，不計(jì)物體經(jīng)過(guò)軌道與傳送帶連接處P時(shí)的機(jī)械能損失，重力加速度為g．求：
（1）物體由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過(guò)程，克服摩擦力做功；
（2）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E為多大；
（3）物體返回到圓弧軌道P點(diǎn)，物體對(duì)圓弧軌道的壓力大�。�

Answer 1

分析 （1）分析過(guò)程中受到的摩擦力，由功的公式可求得摩擦力所做的功；
（2）對(duì)AC運(yùn)動(dòng)過(guò)程由動(dòng)能定理求場(chǎng)強(qiáng)
（2）分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，結(jié)合動(dòng)能定理、向心力公式牛頓第三定律求壓力．

解答 解：（1）物體由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過(guò)程
由W_f=f•S               
f=μN(yùn)                  
N=mg                
 可得W_f=μmgL          
（2）從A到C由動(dòng)能定理：
mgR+qER-μmgL=0
解得：E=$\frac{μmgL-mgR}{qR}$
（3）物體從A到P由動(dòng)能定理：
$mgR+qER=\frac{1}{2}{mV}_{P}^{2}$
所以：${V}_{P}=\sqrt{2gR+\frac{2qER}{m}}＞\sqrt{2gR}$
A返回P過(guò)程，先加速后勻速運(yùn)動(dòng)，返回P的速度為：
${V}_{P}′=V=\sqrt{2gR}$
在P點(diǎn)有牛頓第二定律：
${F}_{N}-mg-qE=m\frac{{{（V}_{P}^{′}）^{2}}^{\;}}{R}$
解得${F}_{N}=2mg+\frac{μmgL}{R}$
由牛頓第三定律，物體對(duì)圓弧軌道的壓力大小F_N′=${F}_{N}=2mg+\frac{μmgL}{R}$
 答：（1）物體由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過(guò)程，克服摩擦力做功μmgL；
（2）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E為$\frac{μmgL-mgR}{qR}$；
（3）物體返回到圓弧軌道P點(diǎn)，物體對(duì)圓弧軌道的壓力大小2mg+$\frac{μmgL}{R}$；

點(diǎn)評(píng) 本題考查帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，解題的關(guān)鍵在于明確物理過(guò)程，分析受力及運(yùn)動(dòng)過(guò)程，對(duì)各過(guò)程選擇正確的物理規(guī)律求解．