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    18.（10分）一端弯曲的光滑绝缘杆ABD固定在竖直平面上，如图所示，AB段水平，BD段是半径为R的半圆弧，有一电荷量为Q的正点电荷固定在圆心O点。一质量为m、电荷量为q的带正电小环套在光滑绝缘杆上，在大小为F的水平恒力作用下从C点由静止开始运动，到B点时撤去恒力，小环继续运动到达D点，已知CB间距为4R/3。（提示：根据电磁学有关知识，在某一空间放一电荷量为Q的正点电荷，则距离点电荷为r的某点的电势为，其中k为静电力常量，设无穷远处电势为零）。

    （1）定性说明从C运动到D过程小环的电势能如何变化

    （2）小环在C点时加速度为多大

    （3）求水平恒力F的最小值。

     

    【答案】

    （1）从C运动到B过程电势能增大；从B运动到D过程电势能不变。

    （2）

    （3）

    【解析】

    试题分析：（1）从C运动到B过程电场力对小环做负功，电势能增大； （1分）

    从B运动到D过程电场力不做功，电势能不变。      （1分）

    （2）对小环受力分析如图，由牛顿第二定律，小环在C点时加速度a满足

              （3分）

             （1分）

    （3）小环刚好运动到达D点，水平恒力F的最小

    C、D两点的电势差  （1分）

    从C运动到D过程中由动能定理

              （2分）

    解得水平恒力F的最小值            （1分）

    考点：电势能、电势和电势差、牛顿定律的应用、功能关系、动能定理

     

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    Qr
    ，其中k为静电力常量，设无穷远处电势为零．）
    （1）求小环从C运动到B过程中，水平外力做的功；
    （2）若水平外力为恒力，要使小环能运动到D点，求水平外力的最小值F0；
    （3）若水平外力为恒力，大小为F（F大于（2）问中的F0），求小环运动到D点时，绝缘杆对环的弹力大小和方向．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

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    4R
    3
    ．（提示：根据电磁学有关知识，在某一空间放一电荷量为Q的正点电荷，则距离点电荷为r的某点的电势为
    φ=k
    Q
    r
    ，其中k为静电力常量，设无穷远处电势为零）．
    （1）定性说明从C运动到D过程小环的电势能如何变化；
    （2）小环在C点时加速度为多大；
    （3）求水平恒力F的最小值．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    一端弯曲的光滑绝缘杆ABD固定在竖直平面上，如图所示，AB段水平，BD段是半径为R的半圆弧，有一电荷量为Q的正点电荷固定在圆心O点。一质量为m、电荷量为q的带正电小环套在光滑绝缘杆上，在大小为F的水平恒力作用下从C点由静止开始运动，到B点时撤去恒力，小环继续运动到达D点，已知CB间距为4R/3。（提示：根据电磁学有关知识，在某一空间放一电荷量为Q的正点电荷，则距离点电荷为r的某点的电势为，其中k为静电力常量，设无穷远处电势为零）。

    （1）定性说明从C运动到D过程小环的电势能如何变化

    （2）小环在C点时加速度为多大

    （3）求水平恒力F的最小值。

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    科目：高中物理 来源：2011-2012学年浙江省台州市天台中学高三（上）第二次段考物理试卷（解析版） 题型：解答题

    一端弯曲的光滑绝缘杆ABD固定在竖直平面上，如图所示，AB段水平，BD段是半径为R的半圆弧，有电荷量为Q（Q＞0）的点电荷固定在圆心O点．一质量为m、电荷量为q（q＞0）的带电小环套在光滑绝缘杆上，在水平外力作用下从C点由静此开始运动，到B点时撤去外力，小环继续运动，发现刚好能到绝缘杆的最高点D．已知CB间距为4R/3．（提示：根据电磁学有关知识，在某一空间放一电荷量为Q的点电荷，则距离点电荷为r的某点的电势为，其中k为静电力常量，设无穷远处电势为零．）
    （1）求小环从C运动到B过程中，水平外力做的功；
    （2）若水平外力为恒力，要使小环能运动到D点，求水平外力的最小值F；
    （3）若水平外力为恒力，大小为F（F大于（2）问中的F），求小环运动到D点时，绝缘杆对环的弹力大小和方向．

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