解题思路:(1)A到C的过程中机械能守恒,且在C点时,重力和轨道与小球的支持力的合力提供向心力,列出公式,即可求得小物块通过圆形轨道最高点C时速度v的大小和轨道对小物块支持力F的大小,
(2)若在空间加一竖直向下的匀强电场,仍然可以根据动能定律和向心力的公式求得结果;若在空间加一垂直纸面向里的匀强磁场,洛伦兹力不做功,但在最高点时,洛伦兹力、重力与支持力的和提供向心力.
(1)根据机械能守恒定律有mg•(4R−2R)=
1
2mv2
所以v=
4gR]
根据牛顿第二定律有mg+F=m
v2
R
所以F=3mg
(2)a.设加电场后小物块到达C点时的速度为v1,根据动能定理和牛顿第二定律有mg•2R+qE•2R=
1
2m
v21mg+qE+2F=m
v21
R
又因为F=3mg
所以E=
mg
q
b.设加磁场后小物块到达C点时的速度为v2,根据动能定理和牛顿第二定律有mg•2R=
1
2m
v22mg+qv2B+
2
3F=m
v22
R
又因为F=3mg
所以B=
mg
gR
2qgR
答:(1)求小物块通过圆形轨道最高点C时速度为
4gR,轨道对小物块支持力F=3mg;
(2)所加匀强电场场强E=
mg
q;所加匀强磁场磁感应强度B=
mg
gR
2qgR.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;动能定理;机械能守恒定律.
考点点评: 该题以竖直平面内的圆周运动为基本模型,增加了电场与磁场的变化.解题的关键是抓住竖直平面内圆周运动的特点进行分析.需要一定的知识迁移能力.