如图所示,在竖直向下的匀强电场中有轨道ABCDFMNP,其中BC部分为水平轨道,与曲面AB平滑连接。CDF和FMN是竖直放置的半圆轨道,在最高点F对接,与BC在C点相切。NP为一与FMN相切的水平平台,P处固定一轻弹簧。点D、N、P在同一水平线上。水平轨道BC粗糙,其余轨道均光滑,一可视为质点的质量为
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的带正电的滑块从曲面AB上某处由静止释放。已知匀强电场场强
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, BC段长度
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, CDF的半径
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, FMN的半径
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, 滑块带电量
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, 滑块与BC间的动摩擦因数
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, 重力加速度
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, 求
(1)滑块通过F点的最小速度vF;
(2)若滑块恰好能通过F点,求滑块释放点到水平轨道BC的高度h0;
(3)若滑块在整个运动过程中,始终不脱离轨道,且弹簧的形变始终在弹性限度内,求滑块释放点到水平轨道BC的高度h需要满足的条件。
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