如图所示,粗糙倾斜轨道AB通过光滑水平轨道BC与光滑竖直圆轨道相连,一个质量m=0.04kg、电量q=+2×10-4C

2025-03-01 04:07:00
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回答1:

(1)根据机械能守恒可求B点动能:EKB=
1
2
m
v
+mgLsinα?μmgcosα?L

代入数据,解得:EKB=0.66J
(2)分析小球恰能通过最高点D点,由重力和电场力的合力充当向心力,由牛顿第二定律可求出小球通过最高点的速度设为v′,则:
mv2
R
=mg+qE
  
又由动能定理得:-mg?2R-qE?2R=
1
2
mv2?
1
2
m
v

1
2
m
v
EKB

整理上式可得:
5
2
R(mg+qE)
=EKB
代入数据,可得:R=0.33m
(3)小球恰好到竖直圆轨道最右端时:
-(mg+qE)R2=0-
1
2
m
v

得:R2=0.825m
R=0.9m>R2,小球冲上圆轨道H1=0.825m高度时速度变为0,然后返回倾斜轨道h1高处再滑下,然后再次进入圆轨道达到的高度为H2
有:(mg+qE)H1=mgh1+μmgh1?
4
3

(mg+qE)H2=mgh1?μmgh1?
4
3

可得:H2
1
5
H1
,之后物块在竖直圆轨道和倾斜轨道之间往返运动
同理n次上升高度:Hn=(
1
5
)n?1
H1
则有:即当n=4时,上升的最大高度小于0.01m
则小球共有6次通过距水平轨道高为0.01m的某一点.
答:(1)小球运动到B点的动能大小0.66J;
(2)竖直圆弧轨道的半径0.33m
(3)如果竖直圆弧轨道的半径R=0.9m,小球进入轨道后可以有6次通过竖直圆轨道上距水平轨道高为0.01m的某一点P.