题目
如图所示,倾角=(37)^circ 的光滑绝缘斜面AB与光滑绝缘圆弧轨道相切于B点,C、D点分别为圆弧最低点和最高点,圆弧半径=(37)^circ ,B点右侧区域存在水平向左的匀强电场,电场强度=(37)^circ 。一质量为=(37)^circ ,带电量为=(37)^circ 的小球从斜面上A点静止释放,AB距离=(37)^circ 。小球视为质点,不计空气阻力,重力加速度=(37)^circ ,=(37)^circ ,=(37)^circ ,求:(1)小球运动至B点时速度大小;(2)小球运动至C点时轨道的支持力大小;(3)重新以某一速度从A点释放小球,要使其能沿轨道运动至D点,求最小初速度=(37)^circ 。=(37)^circ
如图所示,倾角
的光滑绝缘斜面AB与光滑绝缘圆弧轨道相切于B点,C、D点分别为圆弧最低点和最高点,圆弧半径
,B点右侧区域存在水平向左的匀强电场,电场强度
。一质量为
,带电量为
的小球从斜面上A点静止释放,AB距离
。小球视为质点,不计空气阻力,重力加速度
,
,
,求:
(1)小球运动至B点时速度大小;
(2)小球运动至C点时轨道的支持力大小;
(3)重新以某一速度从A点释放小球,要使其能沿轨道运动至D点,求最小初速度
。

(1)小球运动至B点时速度大小;
(2)小球运动至C点时轨道的支持力大小;
(3)重新以某一速度从A点释放小球,要使其能沿轨道运动至D点,求最小初速度

题目解答
答案

解析
步骤 1:计算小球运动至B点时的速度大小
从A点到B点,小球受到重力和电场力的作用。由于斜面是光滑的,所以只有重力沿斜面的分量和电场力做功。根据动能定理,可以得到:
$$
mg\sin\alpha \cdot s_{AB} - qE \cdot s_{AB} = \frac{1}{2}mv_B^2
$$
其中,$m$是小球的质量,$g$是重力加速度,$\alpha$是斜面的倾角,$s_{AB}$是AB的距离,$q$是小球的电荷量,$E$是电场强度,$v_B$是小球在B点的速度。将已知数值代入,可以求出$v_B$。
步骤 2:计算小球运动至C点时轨道的支持力大小
小球从B点运动至C点,根据动能定理,可以得到:
$$
mg(R - R\cos\alpha) - qE \cdot R\sin\alpha = \frac{1}{2}mv_C^2 - \frac{1}{2}mv_B^2
$$
其中,$R$是圆弧的半径,$v_C$是小球在C点的速度。在C点,小球受到重力、电场力和轨道的支持力的作用,根据牛顿第二定律,可以得到:
$$
N - mg - qE = m\frac{v_C^2}{R}
$$
其中,$N$是轨道的支持力。将已知数值代入,可以求出$N$。
步骤 3:计算小球从A点释放,要使其能沿轨道运动至D点的最小初速度
小球从A点释放,要使其能沿轨道运动至D点,小球在D点的速度必须大于等于0。根据动能定理,可以得到:
$$
mg(2R\cos\alpha) - qE \cdot 2R\sin\alpha = \frac{1}{2}mv_D^2 - \frac{1}{2}mv_A^2
$$
其中,$v_D$是小球在D点的速度,$v_A$是小球在A点的初速度。将已知数值代入,可以求出$v_A$。
从A点到B点,小球受到重力和电场力的作用。由于斜面是光滑的,所以只有重力沿斜面的分量和电场力做功。根据动能定理,可以得到:
$$
mg\sin\alpha \cdot s_{AB} - qE \cdot s_{AB} = \frac{1}{2}mv_B^2
$$
其中,$m$是小球的质量,$g$是重力加速度,$\alpha$是斜面的倾角,$s_{AB}$是AB的距离,$q$是小球的电荷量,$E$是电场强度,$v_B$是小球在B点的速度。将已知数值代入,可以求出$v_B$。
步骤 2:计算小球运动至C点时轨道的支持力大小
小球从B点运动至C点,根据动能定理,可以得到:
$$
mg(R - R\cos\alpha) - qE \cdot R\sin\alpha = \frac{1}{2}mv_C^2 - \frac{1}{2}mv_B^2
$$
其中,$R$是圆弧的半径,$v_C$是小球在C点的速度。在C点,小球受到重力、电场力和轨道的支持力的作用,根据牛顿第二定律,可以得到:
$$
N - mg - qE = m\frac{v_C^2}{R}
$$
其中,$N$是轨道的支持力。将已知数值代入,可以求出$N$。
步骤 3:计算小球从A点释放,要使其能沿轨道运动至D点的最小初速度
小球从A点释放,要使其能沿轨道运动至D点,小球在D点的速度必须大于等于0。根据动能定理,可以得到:
$$
mg(2R\cos\alpha) - qE \cdot 2R\sin\alpha = \frac{1}{2}mv_D^2 - \frac{1}{2}mv_A^2
$$
其中,$v_D$是小球在D点的速度,$v_A$是小球在A点的初速度。将已知数值代入,可以求出$v_A$。