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    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    如图所示，在理想边界MN的上方有方向向右的匀强电场E，下方有垂直纸面向外的磁感应强度大小为B=0.20T的匀强磁场，电场和磁场的范围足够大．一根光滑的绝缘塑料细杆abcd弯成图示形状，其中ab段是竖直的，bcd正好构成半径为R1=0.20m的半圆，bd位于边界MN上，将一个质量为m=0.10kg、电量为q=0.50C的带正电金属环套在塑料杆ab上，从距离b点高R处由静止开始释放后，g=10m/s2．求：
    （1）金属环经过最低点c处时对塑料杆的作用力；
    （2）如果金属环从d点进入电场后，正好垂直打在塑料杆ab段上，求电场强度E的大小．
    分析：（1）金属环从静止到最低点，根据动能定理可求出最低点的速度，再对最低点受力分析，由牛顿第二定律可求出金属环受到的支持力，最后由牛顿第三定律可得金属环对最低点的压力．
    （2）金属环从静止到d点，由于只有重力做功，根据动能定理可求出d的速度；要使正好垂直打在塑料杆ab段上，则有竖直方向的速度为零，由于竖直方向做竖直上抛运动，从而由速度可求出运动时间，再由x=
    1
    2
    at2    可求出加速度大小，进而由F=qE，算出电场强度的大小．
    解答：解：（1）设金属环运动到最低点C的速度为vc，
    根据动能定理：mgR?2R=
    1
    2
    m
    v
    2
    c
     
    解得：vc=
    		4gR
    =2
    		2
    m/s
    在最低点C处对金属环分析受力，
    根据牛顿第二定律有：FN+Bqvc-mg=m
    v
    2
    c
    R
     
    解得：FN=5mg-Bqvc=4.72N  
    根据牛顿第三定律得，金属环对塑料杆的作用力为4.72N，方向向下．
    （2）设金属环运动到d点时速度为vd．
    根据动能定理可得：mg?R=
    1
    2
    m
    v
    2
    d

    进入电场中运动，在竖直方向上只受重力作用，做竖直上抛运动，当垂直打在ab杆上时，速度的竖直分量减为零，
    设时间为t1，则有0=vd-gt1  
    水平方向上的加速度设 为a1．
    则有qE=ma1
    2R=
    1
    2
    a1
    t
    2
    1
     
    解得a1=20m/s2
     E=4N/C
    答：（1）金属环经过最低点c处时对塑料杆的作用力为4.72N，方向向下；
    （2）如果金属环从d点进入电场后，正好垂直打在塑料杆ab段上，则电场强度E的大小为4N/C．
    点评：考查动能定理、牛顿第二、三定律与运动学公式，同时涉及到运动的分解与合成．特别关注金属环垂直打到杆上，这是本题的突破口．
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    2
    3
    L2    ），以如图所示位置为计时起点．求：
    ①在0-
    T
    4
    的时间内，通过小灯泡的电荷量；
    ②画出感应电动势随时间变化的图象（以abcda方向为正方向，至少画出一个完整的周期）；
    ③小灯泡消耗的电功率．

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    （1）金属环经过最低点c处时对塑料杆的作用力；
    （2）如果金属环从d点进入电场后，正好垂直打在塑料杆ab段上，求电场强度E的大小．

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