例1.如图所示,BCDG是光滑绝缘的 3 /4 圆形轨道,位于竖直平面内,轨道半径为R,下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中. 现有一质量为m、带正电的小滑块(可视为质点)置于水平轨道上,滑块受到的电场力大小为 3 /4 mg ,滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5,重力加速度为g。 (1)若滑块从水平轨道上距离B点s=3R的A点由静止释放,滑块到达与圆心O等高的C点时速度为多大? (2)在(1)的情况下,求滑块到达C点时受到轨道的作用力大小; (3)改变s的大小,使滑块恰好始终沿轨道滑行,且从G点飞出轨道,求滑块在圆轨道上滑行过程中的最小速度大小. 例2.竖直平面xOy内有一半径为 圆心O与坐标系的原点重合的圆形区域,如图所示,在圆心O有一喷枪可在xOy平面内沿各个方向喷出初速度为v0 ,质量为m,电性为负,电量为q的油滴。圆形区域内的匀强电场方向沿-y方向,电场强度E。(重力加速度为g ,不考虑油滴间的相互作用) (1)由坐标原点O沿x轴正方向喷出的油滴,在电场中运动的时间; (3)定性说明油滴从(R,0)点射出时,油滴在电场中的运动轨迹。以上两题为近段时间静电场中讲解过的习题,觉得可以将类似的题目概括一下。称之为“双恒”问题。一恒指物体所受的合力恒定;另一恒指物体在某一物理过程中对物体做功的力为恒力。通常求解的物理量多为物体的运动参量。处理的办法很“单一”。对于匀变速直线运动,牛顿第二定律与运动学规律结合就行。对于匀变速曲线运动,按需分解,分解为匀变速直线运动或匀速直线运动的组合就行。平抛运动给出了恒力曲线运动的处理思路。论其本质,还是匀变速直线运动,基础的就是重要的。匀变速直线运动之于恒力运动,类似于吃喝拉撒之于维持生命,基础、简单、重要。很多本能的事都简单,但具有不可替代性。例2(1)、(3)问中,可通过分解运动求解。(1)问是正宗的类平抛问题;(3)问逆向分析,水平方向匀速直线运动,竖直方向匀变速直线运动,初、末位置在同一水平线上,在合力方向无位移,说明竖直方向是先匀减速后匀加速的匀变速直线运动。从O点出发,做的是类斜上抛运动。在某一物理过程中,物体所受合力不恒定,但对物体做功的力为恒力。动能定理处理此类问题为一绝。例1:(1)、(3)问,都属于恒力做功问题,(1)问求解相对顺利;(3)问中速度最小的位置学生解决得相当困难,电场力、重力,两个做功的恒力,思维上学生难以合成。求合力做功难;分开求解繁(烦)。 2.选定过程,电场力做功与重力做功的代数和是否和重力和电场力合力所做的功相等?4.圆周上从B到G,判断速度与电场和重力合力方向的夹角变化情况?进而判断做功正负。5.从B点进入圆弧轨道,从做功正负的角度判断速度的极值位置?总结:力的合成;恒力做功;圆周上恒力做功正负的分析;速度极值位置的确定;速度最小值的计算。 习题练习中,双恒问题或分过程的双恒问题有不少。从思维上来说,就是牛顿运动定律和能量观点解决问题的运用,熟悉了双恒问题的解决思路,对力学综合问题的求解相对会顺利很多。
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