质量mA=3.0kg、长度L=0.70m、电量q=+4.0×10-5C的导体板A在足够大的绝缘水平面上,质量mB=1.0kg可视为质点的绝缘物块B在导体板A的左端,开始时A、B保持相对静止一起向右滑动,当它们的速度减小到v0=3.0m/s时,立即施加一个方向水平向左、场强大小E=1.0×105N/C的匀强电场,此时A的右端到竖直绝缘挡板的距离为S=2m,此后A、B始终处在匀强电场中,如图所示,假定A与挡板碰撞时间极短且无机械能损失,A与B之间(动摩擦因数μ1=0.25)及A与地面之间(动摩擦因数μ2=0.10)的最大静摩擦力均可认为等于其滑动摩擦力,g取10m/s2(不计空气的阻力)求:
(1)刚施加匀强电场时,物块B的加速度的大小?
(2)导体板A刚离开挡板时,A的速度大小?
(3)B能否离开A,若能,求B刚离开A时,B的速度大小;若不能,求B与A的左端的最大距离?
网友回答
解:(1)设B受到的最大静摩擦力为f1m,则f1m=μ1mBg=2.5N.???? ①
设A受到地面的滑动摩擦力的f2,则f2=μ2(mA+mB)g=4.0N.?????? ②
施加电场后,设A、B以相同的加速度向右做匀减速运动,加速度大小为a,
由牛顿第二定律,有:
qE+f2=(mA+mB)a???????????????? ③
解得:a=2.0m/s2
设B受到的摩擦力为f1,由牛顿第二定律得f1=mBa,④
解得:f1=2.0N.因为f1<f1m,可知电场作用后,A、B仍保持相对静止以相同加速度a向右做匀减速运动.
所以刚加上匀强电场时,B的加速度大小a=2.0m/s2
(2)A与挡板碰前瞬间,设A、B向右的共同速度为v1,根据运动学公式,有:
?????? ⑤
解得:v1=1m/s
A与挡板碰撞无机械能损失,故A刚离开挡板时速度大小为v1=1m/s
(3)A与挡板碰后,以A、B系统为研究对象,qE=f2??⑥
故A、B系统动量守恒,设A、B向左共同速度为v,规定向左为正方向,得:
mAv1-mBv1=(mA+mB)v??⑦
设该过程中,B相对于A向右的位移为s1,由系统功能关系得:
⑧
解得:s1=0.60m,因s1<L,所以B不能离开A.
B与A的左端的最大距离为s1=0.60m;
答:(1)刚施加匀强电场时,物块B的加速度的大小2.0m/s2;
(2)导体板A刚离开挡板时,A的速度大小为1m/s;
(3)B不能否离开A,B与A的左端的最大距离为0.60m.
解析分析:(1)先采用假设法,即假设滑块与滑板无相对滑动,根据整体法求解出加速度,再采用隔离法求解出滑块与滑板间的静摩擦力,判断有无矛盾;
(2)A与挡板碰前做匀减速直线运动,根据速度位移关系公式列式求解;
(3)先假设B不能否离开A,根据动量守恒定律求解共同速度,根据功能关系求解相对位移,然后判断是否滑下.
点评:本题关键是明确滑块和滑板的运动规律,可以用整体法求解加速度,用隔离法求解系统内力;第三问要综合动量守恒定律和功能关系列式球,较难.