如图所示,光滑轨道ABCD固定在竖直平面内,由直轨道AB与圆弧轨道BCD平滑相切对接组成.圆弧的圆心为O点,半径大小为R,OB与竖直方向OC夹角θ=37°,D点

如图所示,光滑轨道ABCD固定在竖直平面内,由直轨道AB与圆弧轨道BCD平滑相切对接组成.圆弧的圆心为O点,半径大小为R,OB与竖直方向OC夹角θ=37°,D点

题型:不详难度:来源:
如图所示,光滑轨道ABCD固定在竖直平面内,由直轨道AB与圆弧轨道BCD平滑相切对接组成.圆弧的圆心为O点,半径大小为R,OB与竖直方向OC夹角θ=37°,D点与圆心O点等高;竖直且过B点的直线PQ右侧空间内,被水平且过O点、D点的直线MN分为下区域Ⅰ和上区域Ⅱ,下区域Ⅰ内存在水平向右的匀强电场,场强为
E1
,上区域Ⅱ内存在垂直纸面向里的匀强电场,场强为
E2
.质量为m,电荷量为q的带正电小滑块(可视为质点),从直轨道上A点由静止开始下滑,A点离轨道最低点C的高度为2R,已知
E1
=
mg
q
E2
=
3mg
4q
,求:
(1)小滑块滑到C点时对轨道压力大小;
(2)小滑块离开D点后,运动到与D点等高时,距D点的水平距离;
(3)小滑块离开D点后,在区域Ⅱ运动过程中,经多长时间,它所受合外力的瞬时功率最小.
答案
(1)小滑块在C点:FC-mg=m
vc2
R

小滑块A→C:mg•2r+qE1•Rsinθ=
1
2
mvc2
已知qE1=mg,解得:Fc=6.2mg
由牛顿第三定律FC′=6.2mg
(2)小滑块从A→D:
mg•r+qE1•R(1+sinθ)=
1
2
mvD2
解得:vD=


5.2gR

小滑块离开D点后,竖直方向做竖直上抛运动,垂直直面向里的水平方向做初速度为0的匀加速直线运动
竖直方向:t=
2vD
g
=2


5.2R
g

水平方向:a=
qE2
m
=
3
4
g
s=
1
2
at2
解得:s=7.8R
(3)当qE2与mg的合力方向与v方向垂直时,合外力的瞬时功率最小,等于零,此时v方向与水平夹角为37°
设经过的时间为t,
vx=at=
3
4
gt
vy=vD-gt
vy
vx
=tan37°=
3
4

解得:t=
16
25


5.2R
g

答:(1)小滑块滑到C点时对轨道压力大小为6.2mg;
(2)小滑块离开D点后,运动到与D点等高时,距D点的水平距离为7.8R;
(3)小滑块离开D点后,在区域Ⅱ运动过程中,经时间
16
25


5.2R
g
,它所受合外力的瞬时功率最小.
举一反三
一圆柱形磁铁竖直放置,如图所示,在它的下方有一带正电小球置于光滑绝缘水平面上,小球在水平面上做匀速圆周运动,下列说法正确的是(  )
A.小球所受的合力可能不指向圆心
B.小球所受的洛仑兹力指向圆心
C.俯视观察,小球的运动方向一定是顺时针
D.俯视观察,小球的运动方向一定是逆时针

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如图所示,I、Ⅱ是竖直平面内两个相同的半圆形光滑绝缘轨道,K为轨道最低点.轨道I处于垂直纸面向外的匀强磁场中,轨道II处于水平向右的匀强电场中.两个完全相同的带正电小球a、b从静止开始下滑至第一次到达最低点k的过程,则此过程带电小球a、b相比(  )
A.球a所需时间较长
B.球b机械能损失较多
C.在K处球a速度较大
D.在K处球b对轨道压力较大

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如图a所示,与水平方向成37°角的直线MN下方有与MN垂直向上的匀强电场,现将一重力不计、比荷
q
m
=106c/kg的正电荷置于电场中的O点由静止释放,经过
π
15
×10-5s后,电荷以v0=1.5×l04m/s的速度通过MN进入其上方的匀强磁场,磁场与纸面垂直,磁感应强度B按图b所示规律周期性变化(图b中磁场以垂直纸面向外为正,以电荷第一次通过MN时为t=0时刻).求:
(1)匀强电场的电场强度E;
(2)图b中t=
5
×10-5s时刻电荷与第一次通过MN的位置相距多远;
(3)如果电荷第一次通过MN的位置到N点的距离d=68cm,在N点上方且垂直MN放置足够大的挡板.求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间.
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如题图1所示的坐标系内,在x0(x0>0)处有一垂直工轴放置的挡板.在y轴与挡板之间的区域内存在一个与xoy平珏垂直且指向纸内的匀强磁场,磁感应强度B=0.2T.位于坐标原点O处的粒子源向xoy平面内发射出大量同种带正电的粒子,所有粒子的初速度大小均为vo=1.0×106m/s,方向与x轴正方向的夹角为θ,且0≤θ≤90°.该粒子的比荷为
q
m
=1.0×108C/kg
,不计粒子所受重力和粒子间的相互作用,粒子打到挡板上后均被挡板吸收.
(1)求粒子在磁场中运动的轨道半径R:
(2)如题图2所示,为使沿初速度方向与x轴正方向的夹角θ=30°射出的粒子不打到挡板上,则x0必须满足什么条件?该粒子在磁场中运动的时间是多少?
(3)若x0=5.0×10-2m,求粒子打在挡板上的范围(用y坐标表示),并用“”图样在题图3中画出粒子在磁场中所能到达的区域:
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如图,有大量质量为m、电荷量为+q的带电粒子以等大速度从P点沿垂直于磁场的不同方向连续射入磁感应强度为B,磁场宽度为d的匀强磁场中,求解下列问题
(1)要使粒子不从右边界射出,粒子速度大小应满足的条件是什么?
(2)若粒子恰好不从右边界射出,这些粒子在磁场中所能到达区域的面积是多少?
(3)从P点垂直左边界进入磁场的粒子,能从右边界Q点射出,射出时速度方向改变θ角,求该粒子的速度大小和粒子的偏转距离(E、Q间的距离).
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