Question

5．如圖所示有一個(gè)半徑R=5$\sqrt{3}$m的光滑絕緣圓周軌道固定在豎直面內(nèi)，位于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一個(gè)質(zhì)量為m的帶電小球在圓周軌道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，小球所受的電場(chǎng)力和重力之比為1：$\sqrt{3}$，要使小球在整個(gè)圓周軌道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)且不脫離軌道，小球在軌道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最小速度值為（　�。╣取10m/s）

• A． 6$\sqrt{3}$ m/s
• B． 5$\sqrt{3}$m/s
• C． 5$\sqrt{2\sqrt{3}}$ m/s
• D． 10 m/s

Answer 1

分析 注意將重力場(chǎng)和電場(chǎng)的總和等效成另一個(gè)“合場(chǎng)”，將重力場(chǎng)中的豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)與本題的圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行類(lèi)比求解．

解答 解：當(dāng)小球的速度在等效最高點(diǎn)最小時(shí)，軌道支持力為零，小球所受的電場(chǎng)力和重力之比為1：$\sqrt{3}$，
根據(jù)電場(chǎng)力和重力大小關(guān)系確定：等效最高點(diǎn)在o點(diǎn)的左上方，與豎直方向成30°夾角．
若能通過(guò)圓周上最高點(diǎn)時(shí)，則能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)最高點(diǎn)為A，通過(guò)A點(diǎn)最小速度為v：
小球恰好通過(guò)A點(diǎn)時(shí)，由電場(chǎng)力與重力的合力提供向心力，得：
$\sqrt{{{（\frac{\sqrt{3}mg}{3}）}^{2}+（mg）}^{2}}$=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得：v=10 m/s．
故選：D．

點(diǎn)評(píng) 關(guān)鍵要找到物理的最高點(diǎn)D，把握最高點(diǎn)的臨界條件：彈力為零，由電場(chǎng)力與重力的合力提供向心力．