(18分)如图所示,一半径为R的绝缘的半圆形轨道竖直放置,圆轨道
(18分)如图所示,一半径为R的绝缘的半圆形轨道竖直放置,圆轨道最低点B与一条水平轨道相连,轨道都是光滑的。轨道所在空间存在水平向右的匀强电场。从水平轨道上的A点由静止释放一质量为m的带正电的小球,释放点A距圆轨道最低点B的距离S=8R。已知小球受到的电场力大小等于小球重力的
倍。求:

(1)小球运动到圆轨道B点时的动能;
(2)小球从A点运动到最高点D过程中动能最大是多少?
(3)若小球运动到半圆轨道最高点D时,轨道所在空间电场方向突然变为竖直向上,场强大小不变,则小球落回到水平轨道的位置距B点多远处?
解析:
(1)小球由A运动到B的过程中,由动能定理W=DEk得:
运动到B点动能为EkB=FS=

(2)电场力与重力的合力F′=
,方向斜向下与竖直方向成37°角,由分析可知当V与F′垂直时,即小球运动到图中P点(OP与竖直方向成37°)时小球速度最大,动能最大。小球由A运动到P的过程中,由动能定理W=DEk得,
此过程动能最大为
EkP=WG+WE =-mgRcos37°+F(S+Rsin37°) =113mgR/20
(3)小球由A运动到D的过程中,由动能定理W=DEk得:
到D点动能为:EkP=WG+WE=-2mgR+FS=4mgR
D点速度V=
离开轨道后小球受到合力
加速度a=
离开轨道在空中的运动时间t=
小球落到水平轨道的位置距B点距离为d,则