Question

【題目】如圖甲所示，粗糙水平軌道與半徑為R的豎直光滑、絕緣的半圓軌道在B點(diǎn)平滑連接，過(guò)半圓軌道圓心0的水平界面MN的下方分布有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)E，質(zhì)量為m的帶正電小滑塊從水平軌道上A點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)中由于摩擦起電滑塊電量會(huì)增加，過(guò)B點(diǎn)后電量保持不變，小滑塊在AB段加速度隨位移變化圖像如圖乙。已知A、B間距離為4R，滑塊與軌道間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力，求

(1)小滑塊釋放后運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)過(guò)程中電荷量的變化量

(2)滑塊對(duì)半圓軌道的最大壓力大小

(3)小滑塊再次進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)大小保持不變、方向變?yōu)橄蜃�，求小滑塊再次到達(dá)水平軌道時(shí)的速度大小以及距B的距離

Answer 1

【答案】 （1）（2）（3），方向與水平方向夾角為斜向左下方，位置在A點(diǎn)左側(cè)處。

【解析】試題分析：根據(jù)在A、B兩點(diǎn)的加速度結(jié)合牛頓第二定律即可求解小滑塊釋放后運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)過(guò)程中電荷量的變化量；

利用“等效重力”的思想找到新的重力場(chǎng)中的電低點(diǎn)即壓力最大點(diǎn)；

解：(1)A點(diǎn)：

B點(diǎn)

聯(lián)立以上兩式解得；

(2) 從A到B過(guò)程：

將電場(chǎng)力與重力等效為“重力，與豎直方向的夾角設(shè)為，在“等效最低點(diǎn)”對(duì)軌道壓力最大，則：

從B到“等效最低點(diǎn)”過(guò)程：

由以上各式解得：

由牛頓第三定律得軌道所受最大壓力為： ；

(3) 從B到C過(guò)程：

從C點(diǎn)到再次進(jìn)入電場(chǎng)做平拋運(yùn)動(dòng)：

由以上各式解得：

則進(jìn)入電場(chǎng)后合力與速度共線，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

從C點(diǎn)到水平軌道：

由以上各式解得：

因此滑塊再次到達(dá)水平軌道的速度為，方向與水平方向夾角為

，斜向左下方，位置在A點(diǎn)左側(cè)處。