豎直光滑絕緣的固定圓形軌道處在豎直向上為3mg q的電場中質量為m帶正電的小球恰好沿其內表面做圓周運動

2022-04-23 08:08:26 字數 1035 閱讀 9731

1樓:匿名使用者

顯然小球受到的電場力大小是 f電=qe=3mg,方向是豎直向上,電場力與重力的合力方向是豎直向上的,大小是 f=f電-mg=2mg,將這個合力作為等效「重力」,則等效重力的方向是豎直向上的。

因為小球恰好沿其內表面做圓周運動,說明它在等效的「最高點」(是實際軌道最低點)剛好沒有軌道壓力,設這裡的速度是 v1,則

在等效最高點處,有 f1向=f=m*v1^2 / r ,r是軌道半徑

即 2mg=m*v1^2 / r

在等效最低點(是實際軌道最高點)處,速度最大,小球對軌道的壓力也最大,設這裡速度是v2

由動能定理得 m*v2^2 / 2=f*2r+(m*v1^2 / 2)

即 m*v2^2 / 2=2mg*2r+(m*v1^2 / 2)

得 m*v2^2=10*mgr

在等效最低點用向心力公式得

f壓-f=m*v2^2 / r

所求最大壓力的大小是 f壓=f+m*v2^2 / r

即 f壓=2mg+10mg=12*mg

注:本題與沒有電場時,小球在豎直平面內的光滑圓形軌道剛好能做圓周運動的問題是同類的,在「最高點」剛好沒有軌道壓力,小球是有臨界速度的。

2樓:匿名使用者

因為重力大小為mg,電場力大小為3mg/q*q=3mg,他們始終保持不變。所以可以求得他們的合力為2mg,方向向上。所以最低點是勢能最大、動能最小點,最高點式勢能最小、動能最大位置。

題目要求的壓力最大,應該在動能最大的位置,速度最大,需要的向心力最大。壓力也越大。

是光滑的軌道,題目說恰好做圓周運動,因此最低點速度為0.

則,從最低點到最高點的能量變化關係是:重力做負功,電場力做正功,物體動能增加。

假設半徑為r,電荷為q。則

3mg/q*q*2r-mg*2r=1/2mv^2,

因為需要的向心力f=mv^2/r,所以上式只要解出mv^2就可以了,

mv^2=8mgr。f=8mg,方向向上。

由於重力和電場力的合力,已經得到2mg,方向向上。所以,壓力為6mg,方向向上。

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