如圖所示,豎直平面內(nèi)有一半徑為R的半圓形光滑絕緣軌道,其底端B與光滑絕緣水平軌道相切,整個系統(tǒng)處在豎直向上的勻強(qiáng)電場中,一質(zhì)量為m,電荷量為q帶正電的小球以v
0的初速度沿水平面向右運(yùn)動,通過圓形軌道恰能到達(dá)圓形軌道的最高點(diǎn)C,從C點(diǎn)飛出后落在水平面上的D點(diǎn),試求:
(1)小球到達(dá)C點(diǎn)時的速度v
C及電場強(qiáng)度E;
(2)BD間的距離s;
(3)小球通過B點(diǎn)時對軌道的壓力N.
(1)從B到C過程中,由動能定理得:
(qE-mg)×2R=
mv
C2-
mv
02,
小球恰能通過最高點(diǎn),
由牛頓第二定律得:mg-qE=m
,
解得:v
C=
v
0,E=
(g-
);
(2)小球從C到D過程中,小球做類平拋運(yùn)動,
水平方向:s=v
Ct,
豎直方向:2R=
at
2,
由牛頓第二定律得:mg-qE=ma,
解得:s=2R;
(3)小球在B點(diǎn)時,由牛頓第二定律得:
F+qE-mg=m
,解得:F=
,
由牛頓第三定律得,小球?qū)壍赖膲毫′=
;
答:(1)小球到達(dá)C點(diǎn)時的速度為
v
0,電場強(qiáng)度E=
(g-
).
(2)BD間的距離s=2R;
(3)小球通過B點(diǎn)時對軌道的壓力為
.