Question

如圖所示，p₁，p₂為一水平面，其上方緊貼放置一對豎直正對的帶電金屬板M、N，其下方緊貼放置一內(nèi)壁光滑的絕緣軌道ADC，絕緣軌道ADC位于豎直平面內(nèi)，右端A恰在兩板的正中央處，N板上開有小孔B，孔B到水面P₁，P₂的距離為絕緣軌道直徑的倍．設(shè)僅在M、N兩板之間存在勻強(qiáng)電場．現(xiàn)在左端C的正上方某一位置，將一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球靜止釋放，經(jīng)過絕緣軌道CDA后從A端豎直向上射入兩板間，小球能從B孔水平射出，并恰好落到c端．整個(gè)過程中，小球的電荷量不變，孔B的大小及小球的直徑均可忽略，重力加速度為g．求：
（1）板間電場強(qiáng)度E；
（2）小球運(yùn)動到絕緣軌道最低點(diǎn)D時(shí)對軌道的壓力大�。�

Answer 1

【答案】分析：分析物體的運(yùn)動過程與受力情況，可知物體先在重力與電場力的作用下做類平拋運(yùn)動，再做圓周運(yùn)動，然后再做類平拋運(yùn)動；由類平拋運(yùn)動的規(guī)律可求得場強(qiáng)大�。辉趶腄到A的過程中物體機(jī)械能守恒；由機(jī)械能守恒可求得D點(diǎn)的速度，再由向心力公式可求得D點(diǎn)的壓力．
解答：解：（1）如圖，設(shè)絕緣軌道半徑為R，A到板N距離為d，AB的豎直距離為y，C到板N的距離為x；到達(dá)最低點(diǎn)D的速度為v_D，到A點(diǎn)的速度為v_A，到達(dá)孔B時(shí)的速度為v_B．
球在離開A經(jīng)B到C的過程中，豎直方向小球受重力作用，故從A到B和從B到C的時(shí)間相等，并設(shè)從A到B的時(shí)間為t．
則有：d=t
x=v_Bt
聯(lián)立解得：x=2d
由題意可得，y=（x+d）
在水平方向上，有d=t²
在豎直方向上，有：y=gt²
解得板間場強(qiáng)大小為：E=；
（2）從A到B的過程中，有v_A²=2gy
由題意可得x+d=2R
聯(lián)立解得v_A²=Rg
從D到A，根據(jù)機(jī)械能守恒，有mv_D²=mgR+mv_A²
在D點(diǎn)，有：F-mg=m
解得F=mg；
答：（1）板間場強(qiáng)為；（2）小球運(yùn)動到絕緣軌道最低點(diǎn)D時(shí)對軌道的壓力為mg．

點(diǎn)評：本題小球處于電場和重力場中，平拋運(yùn)動中小球的運(yùn)動由運(yùn)動的合成與分解規(guī)律進(jìn)行求解；而圓周運(yùn)動中注意分析向心力及應(yīng)用機(jī)械能守恒定律求解．