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如图所示,半径为r的绝缘细圆环的环面固定在竖直平面上,AB为水平直径的两个端点。水平向右、场强大小为E的匀强电场与环面平行。一电量为+q、质量为m的小球穿在环上(不计摩擦)。若小球经A点时,速度vA(大小未知)的方向恰与电场垂直,且圆环与小球间无力的作用。已知此小球可沿圆环作完整的圆周运动,试计算:

(1)速度vA的大小。

(2)小球运动到与A点对称的B点时,对环的作用力。

(3)小球运动经过圆周最低点时,对环的作用力。

答案

(1)在A点,小球在水平方向只受电场力作用,根据牛顿第二定律得:    

所以小球在A点的速度

(2)在小球从AB的过程中,根据动能定理,电场力做的正功等于小球动能的增加量,即 

小球在B点时,根据牛顿第二定律,在水平方向有

解以上两式,小球在B点对环的水平作用力为:

(3)3mg+3qE


解析:

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