解题思路:要使小球在圆轨道上做圆周运动,小球在“最高”点不脱离圆环.这“最高”点并不是D点,可采用等效重力场的方法进行求解.
对小球受力分析可知,小球在混合场中的最高点,此时小球的速度应该为零,在由动能定理可以求得AB间的距离.
重力场和电场合成等效重力场,其方向为电场力和重力的合力方向,与竖直方向的夹角(如图所示)
tanθ=[mg/Eq]=1
θ=45°
等效重力加速度g′=
F合
m=
2g
在等效重力场的“最高”点,小球刚好不掉下来时,由牛顿第二定律可得,
mg′=
mv2
R
v=
g′R
从A到等效重力场的“最高”点,由动能定理
qE(L-Rsin45°)-mg(R+Rcos45°)=[1/2]mv2-0
L=
mg(1+
2
2)+
2
2mgR+qE
2
2R
qE=(1+
3
2
2)R
答:AB间的距离至少为(1+
3
2
2)R.
点评:
本题考点: 电场强度;动能定理的应用.
考点点评: 考查圆周运动最高点的最小速度,同时运用动能定理解题.
小球在混合场中的运动,关键分析清楚小球的受力的情况,找到小球在混合场中的最高点,在最高点时球的速度的大小是最小的.