Question

【題目】如圖所示，足夠長的光滑絕緣水平臺左端固定一被壓縮的絕緣輕質(zhì)彈簧，一個質(zhì)量．電量的可視為質(zhì)點的帶電小球與彈簧接觸但不栓接。某一瞬間釋放彈簧彈出小球，小球從水平臺右端A點飛出，恰好能沒有碰撞地落到粗糙傾斜軌道的最高B點，并沿軌道滑下。已知AB的豎直高度，傾斜軌道與水平方向夾角為．傾斜軌道長為，帶電小球與傾斜軌道間的動摩擦因數(shù)。傾斜軌道通過光滑水平軌道CD與光滑豎直圓軌道相連，小球在C點沒有能力損失，所有軌道都是絕緣的，運動過程中小球的電量保持不變。只有光滑豎直圓軌道處在范圍足夠大的豎直向下的勻強電場中，場強。已知，，取，求：

（1）被釋放前彈簧的彈性勢能；

（2）若光滑水平軌道CD足夠長，要使小球不離開軌道，光滑豎直圓軌道的半徑應(yīng)滿足什么條件？

（3）如果豎直圓弧軌道的半徑，小球進(jìn)入軌道后可以有多少次通過豎直圓軌道上距水平軌道高為的某一點P？

Answer 1

【答案】（1）；

（2）或；

（3）小球共有6次通過距水平軌道高為的某一點

【解析】

試題分析：（1）A到B平拋運動：

B點：，所以：

被釋放前彈簧的彈性勢能：。

（2）B點：，

B到C：

①恰好過豎直圓軌道最高點時：

從C到圓軌道最高點：

聯(lián)立并代數(shù)解得

②恰好到豎直圓軌道最右端時：， 聯(lián)立并代數(shù)解得

要使小球不離開軌道，豎直圓弧軌道的半徑或

（3），小球沖上圓軌道高度時速度變?yōu)?/span>0，然后返回傾斜軌道高處滑下，然后再次進(jìn)入圓軌道達(dá)到的高度為。

有：，

聯(lián)立解得：

之后物塊在豎直圓軌道和傾斜軌道之間往返運動

同理：次上升高度：，

當(dāng)時，上升的最大高度小于

則小球共有6次通過距水平軌道高為的某一點。