
(2024·北京丰台·统考一模)一种简易静电加速装置如图甲所示:在一个侧壁为圆锥中段,底盘水平放置的塑料碗内壁贴上十字的镀铜锡条,外壁贴上十字的铝条,并将铝条反扣贴在内壁,形成如图所示的铜、铝相间的电极。将由锡纸包裹的轻质小球静置于A点,镀铜锡条与高压恒压源正极相连、铝条与负极相连后,小球开始沿逆时针方向被加速。如图乙所示,塑料碗侧壁截面与水平面夹角为θ,圆形底盘半径为R,小球质量为m,恒压源电压始终为U。小球与锡条接触分离后,所带电荷量为,与铝条接触分离后,所带电荷量为
。忽略各处阻力,不考虑小球与塑料碗、空气之间的电荷交换,仅考虑相邻电极间电场对小球的加速作用,重力加速度为g。
(1)求小球第一次运动到B点时的速度大小;
(2)若小球加速几圈后,恰好开始沿碗壁向上运动,求小球加速的圈数;
(3)小球加速(
)圈后撤掉电场,此时轻微晃动塑料碗,使小球可以在距碗底一定高度的水平面上以速度v做匀速圆周运动(整个过程小球没有离开塑料碗)。求晃动塑料碗时,碗对小球做的功W。
【答案】(1);(2)
;(3)
该题有详细解析可以查阅
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