综合题14.0分
物理

如图,轨道CDGH位于竖直平面内,其中圆弧段DG与水平段CD及倾斜段GH分别相切于D点和G点,圆弧段和倾斜段均光滑,在H处固定一垂直于轨道的绝缘挡板,整个轨道绝缘且处于水平向右的匀强电场中。一带电物块由C处静止释放,经挡板碰撞后滑回CD段中点P处时速度恰好为零。已知物块的质量m= 4×10-3kg,所带的电荷量q=+3×10-6 C;电场强度E= 1×104 N/C;CD段的长度L= 0.8 m,圆弧DG的半径r =0.2 m,GH段与水平面的夹角为θ,且sinθ = 0.6,cosθ = 0.8;不计物块与挡板碰撞时的动能损失,物块可视为质点,重力加速度g取10 m/s2

18.试求:

(1)求物块与轨道CD段的动摩擦因数µ

(2)求物块第一次碰撞挡板时的动能Ek

(3)分析说明物块在轨道CD段运动的总路程能否达到2.6 m。若能,求物块在轨道CD段运动2.6 m路程时的动能;若不能,求物块碰撞挡板时的最小动能。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

(1)0.25(2)0.018J(3)不能,0.002J

解析

(1)物块由C处释放后经挡板碰撞滑回P点过程中,由动能定理得

   ①(2分)

由①式代入数据得       ②(2分)

(2)物块在GH段运动时,由于,所以做匀速直线运动 ③(2分)

C运动至H过程中,由动能定理得    ④    (2分)

由③式代入数据得:      ⑤  (1分)

(3)物块最终会在DGH间来回往复运动,物块在D点的速度为0

设物块能在水平轨道上运动的总路程为s,由能量转化与守恒定律可得

                              ⑥ (1分)

由②⑤式代入数据得:s=2.4m         ⑦  (1分)

因为,所以不能在水平轨道上运动2.6 m的路程  (1分)

物块碰撞挡板的最小动能E0等于往复运动时经过G点的动能,由动能定理得

      

考查方向

本题考查了动能定理和能量守恒定律的应用,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与电场以及共点力的平衡等知识点交汇命题。

解题思路

(1)物块由C处释放后经挡板碰撞滑回P点过程中,由动能定理列式,求出物块与轨道CD段的动摩擦因数

(2)物块在GH段运动时,由于,所以做匀速直线运动,由C运动至H过程中,由动能定理列式,求出物块第一次碰撞挡板时的动能

(3)由能量守恒定律求出物块能在水平轨道上运动的总路程,判断在轨道CD段运动的总路程能否达到2.6m.

易错点

能不能分析运动过程中哪些外力做了功,做正功还是负功,会不会再根据动能定理列式求解是此题的易错点.