选择题6.0分
物理

18.如图所示为通过弹射器研究弹性势能的实验装置。光滑的圆形绝缘轨道竖直固定于光滑绝缘水平面上,并置于E=的竖直向下的电场中(图中未画出),半径为R。弹射器固定于A处。某一次实验过程中弹射器射出一质量为m,带电量为+q的小球,恰能沿圆轨道内侧到达最高点C,然后从轨道D处(D与圆心等高)下落至水平面。小球在运动过程中无电量损失,取重力加速度为g。下列说法正确的是(    )

A

小球从D处下落至水平面的时间为

B

小球至最低点B时对轨道压力为6mg

C

小球落至水平面时的动能为3mgR

D

释放小球前弹射器的弹性势能为5mgR

正确答案及相关解析

正确答案

D

解析

A.小球恰好通过最高点,因为根据牛顿第二定律得:,解得;小球从C到D的过程中由动能定理可得:解得:;小球由D到地面做匀加速直线运动,加速度为:,当从D点下落初速度为0时,由,解得,而现在有初速度,故时间小于  ,故A错误;

B.由B到C过程中,由动能定理可得:,解得:,在B点时由牛顿第二定律有:

,联立解得,F=12mg,故B错误;

C.由于D到地面过程由动能定理得:;解得:EK=5mgR,故C错误;

D.由功能关系可知,小球弹出后的弹性势能转化为小球的动能,故弹性势能为

考查方向

动能定理;牛顿第二定律; 功能关系

解题思路

小球从被弹出后弹性势能转化为小球的动能;在最高点应保证重力和电场力的合力充当向心力,由临界条件可求得最高点的速度;由动能定理和牛顿第二定律可求得B点的压力、小球到达水平面的动能.小球从D处下落至水平面,由运动学公式求时间.

易错点

本题正确分析运动过程和选择初末状态是解答此题的关键,同时还要注意题干条件“恰能沿圆轨道内侧到达最髙点C”,临界条件的含义.

知识点

牛顿第二定律 向心力 动能 动能定理