Question

【题目】如图所示，ABC是固定在竖直平面内的绝缘圆弧轨道，圆弧半径为R．A点与圆心O等高，B、C点处于竖直直径的两端．PA是一段绝缘的竖直圆管，两者在A点平滑连接，整个装置处于方向水平向右的匀强电场中。一质量为m、电荷量为+q的小球从管内与C点等高处由静止释放，一段时间后小球离开圆管进入圆弧轨道运动。已知匀强电场的电场强度（g为重力加速度），小球运动过程中的电荷量保持不变，忽略圆管和轨道的摩擦阻力。求：

(1)小球到达B点时对圆弧轨道的压力；

(2)小球在圆弧轨道运动过程中速度最大为多少？

Answer 1

【答案】(1) (2)

【解析】1）小球从P运动到A的过程中，由动能定理得：

解得：

小球在最低点B时，根据牛顿第二定律得： 解得：

则由牛顿第三定律得：小球对圆弧轨道的压力大小为

（2）重力场和电场看成等效场；对小球等效最低点为F点，在F点小球的速度最大，设OF与竖直方向的夹角为，在此位置小球所受的电场力与重力的合力方向沿半径向外，则有： 则知： ，

设小球在圆弧轨道运动过程中速度最大为，小球从P到F的过程，根据动能定理得：

解得：