请各位帮忙解一下这道物理题(高二),
一根对称的倒“V”字玻璃管置于竖直平面内,管所在的空间有竖直向上的匀强电场E。质量为m、带电荷量为+q的小球在管内从A点静止开始沿管向上运动,且与管壁动摩擦因数为u,管A...
一根对称的倒 “V”字玻璃管置于竖直平面内,管所在的空间有竖直向上的匀强电场E。
质量为m、带电荷量为+q的小球在管内从A点静止开始沿管向上运动,且与管壁动摩擦因数为u,管AB=BC=L ,小球在B端与管作用没有能量损失,管AB与水平面夹角为θ。
求从A开始,小球运动的总路程为多少?
答案是 Ltanθ/u ,但是没过程请各位给写下过程(越详细越好)
以下是图 展开
质量为m、带电荷量为+q的小球在管内从A点静止开始沿管向上运动,且与管壁动摩擦因数为u,管AB=BC=L ,小球在B端与管作用没有能量损失,管AB与水平面夹角为θ。
求从A开始,小球运动的总路程为多少?
答案是 Ltanθ/u ,但是没过程请各位给写下过程(越详细越好)
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这题看上去很难,其实分析过程之后就会发现无比简单,尤其是已经知道了答案,就算你的过程分析不对,也可以通过答案来猜出整个小球的运动过程。
首先明确一点,这题靠普通的受力分析,根据受力情况,判断加速度,进而求出运动距离的方法来解是肯定解不出来的,这题应该用能量守恒来做。
现在分析小球的整个运动过程
1)小球在A点的时候受到向上的电场力和向下的重力,电场力大于重力,所以小球向上运动,然后到达B点。
2)在上述的过程中,电场力、重力、摩擦力分别对小球做功,电场力做功为qE,重力做功为mg,摩擦力做功为fL,此时出现两种情况,电场力做功大于重力、摩擦力做功之和,那么小球继续运动,等于的话则小球正好立刻停在了B点上,如果你有兴趣,那么你会发现如果是第二种情况,那么满足的条件就是tanθ=u。
3)现在回到第一种情况下,小球第一次到达B点,由于电场力做功大于重力、摩擦力做功之和,此时小球仍有速度,那么它会继续运动,沿BC边运动,在BC边上某一点时速度为零,然后又逐渐加速,折返回B点,然后有可能停止,有可能继续运动,直至小球最终回到B点且,速度为零。
4)显然到小球停止运动为止,只有重力、摩擦力、电场力做功,最后电场力做功应等于重力、摩擦力做功之和,既(qE-mg)sinθL=fs,而f=(qE-mg)cosθu,然后可解得s=Ltanθ/u
首先明确一点,这题靠普通的受力分析,根据受力情况,判断加速度,进而求出运动距离的方法来解是肯定解不出来的,这题应该用能量守恒来做。
现在分析小球的整个运动过程
1)小球在A点的时候受到向上的电场力和向下的重力,电场力大于重力,所以小球向上运动,然后到达B点。
2)在上述的过程中,电场力、重力、摩擦力分别对小球做功,电场力做功为qE,重力做功为mg,摩擦力做功为fL,此时出现两种情况,电场力做功大于重力、摩擦力做功之和,那么小球继续运动,等于的话则小球正好立刻停在了B点上,如果你有兴趣,那么你会发现如果是第二种情况,那么满足的条件就是tanθ=u。
3)现在回到第一种情况下,小球第一次到达B点,由于电场力做功大于重力、摩擦力做功之和,此时小球仍有速度,那么它会继续运动,沿BC边运动,在BC边上某一点时速度为零,然后又逐渐加速,折返回B点,然后有可能停止,有可能继续运动,直至小球最终回到B点且,速度为零。
4)显然到小球停止运动为止,只有重力、摩擦力、电场力做功,最后电场力做功应等于重力、摩擦力做功之和,既(qE-mg)sinθL=fs,而f=(qE-mg)cosθu,然后可解得s=Ltanθ/u
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