Question

(20分)如圖所示，四分之一光滑絕緣圓弧軌道AP和水平絕緣傳送帶PC固定在同一豎直平面內，圓弧軌道的圓心為O，半徑R₀傳送帶PC之間的距離為L,沿逆時針方向的運動速度v=.在PO的右側空間存在方向豎直向下的勻強電場。一質量為m、電荷 量 為+q的小物體從圓弧頂點A由靜止開始沿軌道下滑，恰好運動到C端后返回。物體與傳送帶間的動摩擦因數為，不計物體經過軌道與傳送帶連接處P時的機械能損失,重力加速度為g。

(1)求物體下滑到P點時，物體對軌道的壓力F
(2)求物體返回到圓弧軌道后，能上升的最大高度H
(3)若在PO的右側空間再加上方向垂直于紙面向里、磁感應強度為B的水平勻強磁場 (圖中未畫出），物體從圓弧頂點A靜止釋放,運動到C端時的速度為，試 求 物體 在傳送帶上運動的時間t。

Answer 1

(1) N="3mg" (2)  (3)

試題分析：本題的第三問較難，需要平時的練習
（1）設物體滑到P端時速度大小為，物體從A端運動到P端的過程中，機械能守恒
    1分
解得：    1分
設物體滑到P端時受支持力為N，根據牛頓第二定律
    1分
解得：N=3mg   1分
設物體滑到P端時對軌道壓力為F，根據牛頓第三定律
F =" N" =3mg    1分
（2）物體到達C端以后受滑動摩擦力，向左做初速度為零的勻加速運動，設向左運動距離為x時物體與皮帶速度相同，設物體受到的摩擦力為f，則
fx=    2分
物體從皮帶的P端滑到C端摩擦力做功
-fL=0-  
即fL=   1分
解得：x=    1分
即物體在皮帶上向左先做勻加速運動一半皮帶長度后，與皮帶共速向左勻速直線運動，即再次到達P點時速度大小是v=     2分
根據機械能守恒定律，設在斜面上上升的高度H，則
mgH=  解得H=    2分
說明：其他方法答案正確均得分。
（3）設電場強度為E，在無磁場物體從A端運動到C端的過程中，根據動能定理有
      1分
解得E=     1分
在有磁場情況下物體從P端運動到C端的過程中，設任意時刻物體速度為v，取一段極短的含此時刻的時間，設在此時間段內的速度改變量為（取水平向右為正方向），根據牛頓第二定律，有
    1分
兩邊同時乘以再對兩邊求和
    1分
而     1分
 ，而，
則    1分
以上結果代入上式，得
化簡得     1分