解题思路:(1)质点在A→B应作减速运动,当初动能最小时,到达B点的速度为零,根据能量守恒定律求出所需的最小初动能.
(2)质点在B→0的运动有三种可能情况,①质点在B→O作加速运动,对应条件为:
mg≤
4kqQ
9
R
2
;②质点在B→O做减速运动,对应条件为:
mg≥
4kqQ
R
2
,质点在B→O之间存在一个平衡点D,在B→D质点做减速运动,在D→O做加速运动,对应的条件为:
4kqQ
9
R
2
<mg<
4kqQ
R
2
,结合能量守恒定律求出不同条件下所需的最小初动能.
(1)质点在A→B应作减速运动.设质点在A点的最小初动能为Ek0,则根据能量守恒得,可得质点刚好能达到B点的条件为:
[kqQ/R−
kqQ
3R
2+mgR=Ek0+
kqQ
2R−
kqQ
5R
2] ①
由此可得Ek0=mgR+
7kqQ
30R. ②
(2)质点在B→0的运动有三种可能情况:
①质点在B→O作加速运动(参看图1),对应条件为:
mg≤
4kqQ
9R2 ③
此时只要质点能过B点,也必然能到达O点,因此质点能到达O点所需的最小动能由②式给出,即
Ek0=mgR+
7kqQ
30R. ④
若③式中取等号,则最小初动能比④式给出的Ek0略大一点.
②质点在B→O做减速运动(参看图1),对应条件为:
mg≥
4kqQ
R2 ⑤
此时质点刚好能到达O点的条件为:
[kqQ/R−
kqQ
R
2+mg(2R)=Ek0+
kqQ
2R−
kqQ
5R
2] ⑥
由此可得Ek0=2mgR−
11kqQ
10R ⑦
③质点在B→O之间存在一个平衡点D,(参看图2),在B→D质点做减速运动,在D→O做加速运动,对应的条件为:
[4kqQ
9R2<mg<
4kqQ
R2 ⑧
设D到O点的距离为x,则:
mg=
kqQ
(
R/2+x)2] ⑨
即x=
kqQ
mg−
点评:
本题考点: 电势差与电场强度的关系.
考点点评: 解决本题的关键知道带电球面的电荷量可以等效到圆心,结合能量守恒定律进行求解,注意第二问中需分情况讨论.