如图所示的装置中,水平面、圆环均光滑和绝缘;匀强电场的电场强度为E,方向沿水平向右;圆环半径为R,跟圆环最低点A相距为L

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  • 解题思路:在小球进入圆环后,当圆环对小球恰好没有作用力时,小球的速度达到最大,恰好由小球受到的重力和电场力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求出最小速度.再对整个过程运用动能定理列式可求出A点的最小高度h.

    小球在电场中所受的重力和电场力都为恒力,故可两力等效为一个力F,如图所示.

    由题意,F=

    (mg)2+(qE)2

    方向与水平方向的夹角为45°.

    小球能在此复合场中做圆周运动的条件是在其运动到等效“最高点”时满足:

    N+F=

    mv2

    R,其中N≥0

    从小球开始运动到小球到达等效“最高点”的过程,重力和电场力做功,由动能定理:

    qE(L−Rcos45°)−mgR(1+sin45°)=

    1

    2mv2

    联立以上公式解得:L≥

    2+3

    2

    2R≈3.12R

    答:L应满足L≥

    2+3

    2

    2R≈3.12R.

    点评:

    本题考点: 匀强电场中电势差和电场强度的关系;动能定理.

    考点点评: 此题中P点常常称为物理的最高点,与竖直平面内圆周运动的最高点类似,物体恰好通过物理最高点时轨道对物体没有作用力.

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