Question

有一絕緣的、半徑為R的光滑圓軌道固定在豎直平面內(nèi)，在其圓心處固定一帶正電的點(diǎn)電荷，現(xiàn)有一質(zhì)量為m，帶電量也為正電（其電量遠(yuǎn)小于圓心處的電荷，對圓心處電荷產(chǎn)生的電場影響很小，可忽略）的小球A，圓心處電荷對小球A的庫侖力大小為F。開始小球A處在圓軌道內(nèi)側(cè)的最低處，如圖所示。現(xiàn)給小球A一個足夠大的水平初速度，小球A能在豎直圓軌道里做完整的圓周運(yùn)動。

（1）小球A運(yùn)動到何處時其速度最小？為什么？

（2）要使小球A在運(yùn)動中始終不脫離圓軌道而做完整的圓周運(yùn)動，小球A在圓軌道的最低處的初速度應(yīng)滿足什么條件？

Answer 1

解：（1）小球運(yùn)動到軌道最高點(diǎn)時速度最小------------------------------------------------------------------2分

在圓心處電荷產(chǎn)生的電場中，圓軌道恰好在它的一個等勢面上，小球在圓軌道上運(yùn)動時，庫侖力不做功，當(dāng)小球運(yùn)動到圓軌道最高處時，其重力對它做的負(fù)功最多，此時速度最小。------------2分

（2）在最低點(diǎn)，小球受到的電場力F與重力mg方向相同，小球不會脫離軌道。

在最高點(diǎn)，小球受到的電場力F與重力mg方向相反，當(dāng)時，在最高點(diǎn)小球也不會脫離軌道。此時，小球在最高點(diǎn)的速度v應(yīng)滿足：v>0       （1）———————————————1分

小球從圓軌道最底處運(yùn)動到最高處的過程中由動能定理得：

            （2）———————————————1分

由二式解得： 這就是在條件下，小球在最低點(diǎn)速度應(yīng)滿足的條件�！�—1分

在最高點(diǎn)，當(dāng)時，小球在最高點(diǎn)的速度v 應(yīng)滿足：

  （F_N為軌道對小球的支持力）  （3）——————1分

                                      （4）——————1分

由（2）、（3）和（4）可得：  這就是在條件下，小球在最低點(diǎn)速度應(yīng)滿足的條件�！�——————————————————————————————————1分

說明：第（2）問中，如沒有討論，只按一種情況做，只給2分，。