解题思路:(1)在小滑块运动的过程中,重力对滑块做负功,电场力对滑块做正功,根据动能定理可以求得滑块与N点之间的距离;
(2)在P点时,对滑块受力分析,由牛顿第二定律可以求得滑块受到的轨道对滑块的支持力的大小,由牛顿第三定律可以求滑块得对轨道压力.
(1)设滑块与N点的距离为x,
分析滑块的运动过程,由动能定理可得,
qEx-mg•2R=[1/2mv2−0 ①
小滑块在L点时,重力提供向心力,
所以 mg=m
v2
R]
所以小滑块在L点的速度v=
gR=
10×0.4m/s=2m/s
由①得x=
1
2mv2+mg•2R
qE=
1
2×m×gR+2mgR
mg=
5
2R=1m
(2)滑块到达P点时,对全过程应用动能定理可得,
qE(x+R)−mgR=
1
2m
v2P−0
在P点时由牛顿第二定律可得,
N-qE=m
v2P
R
所以N=qE+m
v2P
R=mg+m
2qE(x+R)−2mgR
m
R=mg+
2qEx
R=4×10−2×10+
2×4×10−2×10
0.4N=2.4N
解得N=2.4N
由牛顿第三定律可得,滑块通过P点时对轨道压力是2.4N
答:(1)要小滑块恰能运动到圆轨道的最高点L,滑块应在水平轨道上离N点1m处释放;
(2)这样释放的滑块通过P点时对轨道压力是2.4N.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;牛顿第二定律;向心力;功能关系.
考点点评: 本题中涉及到的物体的运动的过程较多,对于不同的过程要注意力做功数值的不同,特别是在离开最高点之后,滑块的运动状态的分析是本题中的难点,一定要学会分不同的方向来分析和处理问题.