Question

如圖2所示，半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)的環(huán)面固定在水平面上，場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)與環(huán)面平行。一電量為+q、質(zhì)量為m的小球穿在環(huán)上，可沿環(huán)作無摩擦的圓周運(yùn)動(dòng)，若小球經(jīng)A點(diǎn)時(shí)，速度v_A的方向恰與電場(chǎng)垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無力的作用，試計(jì)算：
（1）速度v_A的大小；
（2）小球運(yùn)動(dòng)到與A點(diǎn)對(duì)稱的B點(diǎn)時(shí)，對(duì)環(huán)在水平方向的作用力。

Answer 1

(1) (2) 。

（1）在A點(diǎn)，小球在水平方向只受電場(chǎng)力作用，根據(jù)牛頓第二定律得：    
所以小球在A點(diǎn)的速度。
（2）在小球從A到B的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理，電場(chǎng)力做的正功等于小球動(dòng)能的增加量，即 ，
小球在B點(diǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律，在水平方向有
解以上兩式，小球在B點(diǎn)對(duì)環(huán)的水平作用力為：。
點(diǎn)評(píng)：分析該題，也可將水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)等效成一新的重力場(chǎng)，重力為Eq，A是環(huán)上的最高點(diǎn)，B是最低點(diǎn)；這樣可以把該題看成是熟悉的小球在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)的問題。