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电场线与轨道所在的平面平行,电场强度E=10×104NC。现有一电荷量q=+10×10-4C,质量m=01kg的带电体可视为质点,在水平轨道上的P点由静止释放,带电体恰好能通过半圆形轨道的最高点C,然后落至水平轨道上的D点图中未画出。取g=10ms2。试求:
1带电体运动到圆形轨道B点时对圆形轨道的压力大小;2D点到B点的距离xDB;3带电体在从P开始运动到落至D点的过程中的最大动能结果保留3位有效数字。解析:1设带电体通过C点时的速度为vC,依据牛顿第二定律有mg=mvRC2,
解得vC=20ms。
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f设带电体通过B点时的速度为vB,设轨道对带电体的支持力大小为FB,带电体在B点时,根据牛顿第二定律有
FB-mg=mvRB2。带电体从B运动到C的过程中,根据动能定理有-mg×2R=12mvC2-12mvB2联立解得FB=60N,根据牛顿第三定律,带电体对轨道的压力FB′=60N。2设带电体从最高点C落至水平轨道上的D点经历的时间为t,根据运动的分解有2R=12gt2,xDB=vCt-12Emqt2联立解得xDB=0。3由P到B带电体做加速运动,故最大速度一定出现在从B经C到D的过程中,在此过程中只有重力和电场力做功,这两个力大小相等,其合力与重力方向成45°夹角斜向右下方,故最大速度必出现在B点右侧对应圆心角为45°处。设带电体的最大动能为Ekm,根据动能定理有qERsi
45°-mgR1-cos45°=Ekm-12mvB2,代入数据解得Ekm≈117J。答案:160N203117J
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