如图所示,绝缘光滑的半圆轨道位于竖直平面,竖直向下的匀强电场E穿过其中,在轨道的上缘有一个质量为m,带电量为+q的小球,由静止开始由半圆形轨道的顶点沿轨道运动,下列说法正确的是( )A. 小球运动过程中机械能守恒B. 小球在轨道最低点时速度最大C. 小球在最低点对轨道的压力为mg+qED. 小球在最低点对轨道的压力为2(mg+qE)
问题描述:
如图所示,绝缘光滑的半圆轨道位于竖直平面,竖直向下的匀强电场E穿过其中,在轨道的上缘有一个质量为m,带电量为+q的小球,由静止开始由半圆形轨道的顶点沿轨道运动,下列说法正确的是( )
A. 小球运动过程中机械能守恒
B. 小球在轨道最低点时速度最大
C. 小球在最低点对轨道的压力为mg+qE
D. 小球在最低点对轨道的压力为2(mg+qE)
答
知识点:本题中小球做的是圆周运动,在最低点时重力电场力和轨道对球的支持力,这三个力的合力提供向心力,最后根据牛顿第三定律得的小球在最低点对轨道的压力.
A、物体机械能守恒的条件是只有重力或者弹簧的弹力做功,小球在运动的过程中,电场力对小球做功,所以机械能不守恒,故A错误.
B、小球向下运动到轨道最低点的过程中,重力和电场力对小球都做正功,根据动能定理得知,小球在轨道最低点时速度最大,所以B正确.
C、D在下滑的过程中,对小球运用动能定理可得,(mg+qE)R=
mV2,在最低点时,由向心力的公式可得,N-mg-qE=m1 2
,联立以上两个方程可得N=3(mg+qE),由牛顿第三定律可知,小球在最低点对轨道的压力为3(mg+qE),故CD错误.V2 R
故选B
答案解析:物体机械能守恒的条件是只有重力或者弹簧的弹力做功,根据机械能守恒的条件分析物体的受力的情况,即可判断物体是否是机械能守恒.小球向下运动的过程中,不仅是重力做功,还有电场力做功,由功和能的关系,可以判断速度的变化,小球做的是圆周运动,由向心力的公式可以分析球与轨道的作用力.
考试点:带电粒子在匀强电场中的运动;牛顿第二定律;向心力;机械能守恒定律.
知识点:本题中小球做的是圆周运动,在最低点时重力电场力和轨道对球的支持力,这三个力的合力提供向心力,最后根据牛顿第三定律得的小球在最低点对轨道的压力.