Question

(10分)如圖所示，在豎直平面內(nèi)有范圍足夠大、場強方向水平向左的勻強電場，在虛線的左側(cè)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B.一絕緣“⊂”形桿由兩段直桿和一半徑為R為半圓環(huán)組成，固定在紙面所在的豎直平面內(nèi)．PQ、MN與水平面平行且足夠長，半圓環(huán)MAP在磁場邊界左側(cè)，P、M點在磁場界線上，NMAP段是光滑的，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電量為＋q的小環(huán)套在MN桿上，它所受到的電場力為重力的倍．現(xiàn)在M右側(cè)D點由靜止釋放小環(huán)，小環(huán)剛好能到達P點，求：

(1)D、M間的距離x0；

(2)上述過程中小環(huán)第一次通過與O等高的A點時彎桿對小環(huán)作用力的大小；

(3)若小環(huán)與PQ桿的動摩擦因數(shù)為μ(設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等)．現(xiàn)將小環(huán)移至M點右側(cè)5R處由靜止開始釋放，求小環(huán)在整個運動過程中克服摩擦力所做的功．

 

Answer 1

　(1)4R　(2)mg＋qB　(3)mgR

解析:(1)由動能定理得：qEx0－2mgR＝0

qE＝mg

∴x0＝4R.

(2)設(shè)小環(huán)在A點速度為vA

由動能定理得：qE(x0＋R)－mgR＝mv

vA＝

由向心力公式得：N－qvAB－qE＝m

N＝mg＋qB.

(3)若μmg≥qE即μ≥，則小環(huán)運動到P點右側(cè)s1處靜止qE(5R－s1)－mg·2R－μmgs1＝0

∴s1＝

∴小環(huán)克服摩擦力所做的功W1＝μmgs1＝

若μmg<qE即μ<，則小環(huán)經(jīng)過往復(fù)運動，最后只能在P、D之間運動，設(shè)小環(huán)克服摩擦力所做的功為W2，則qE5R－mg2R－W2＝0

∴W2＝mgR.