質量mA=3.0kg.長度L=0.70m.電量q=+4.0×10-5C的導體板A在足夠大的絕緣水平面上,質量mB=1.0kg可視為質點的絕緣物塊B在導體板A的左端,開始時A、B保持相對靜止一起向右滑動,當它們的速度減小到=3.0m/s時,立即施加一個方向水平向左.場強大小E=1.0×105N/C的勻強電場,此時A的右端到豎直絕緣擋板的距離為S =2m,此后A、B始終處在勻強電場中,如圖所示.假定A與擋板碰撞時間極短且無機械能損失,A與B之間(動摩擦因數=0.25)及A與地面之間(動摩擦因數=0.10)的最大靜摩擦力均可認為等于其滑動摩擦力,g取10m/s2(不計空氣的阻力)求:
(1)剛施加勻強電場時,物塊B的加速度的大?
(2)導體板A剛離開擋板時,A的速度大?
(3)B能否離開A,若能,求B剛離開A時,B的速度大小;若不能,求B距A左端的最大距離。
(1)(2)(3)
(1)設B受到的最大靜摩擦力為,則 ① (1分)
設A受到地面的滑動摩擦力的,則 ② (1分)
施加電場后,設A.B以相同的加速度向右做勻減速運動,加速度大小為,由牛頓第二定律
③ (2分)解得: (2分)
設受到的摩擦力為,由牛頓第二定律得 ,④
解得:因為,所以電場作用后,A.B仍保持相對靜止以相同加速度向右做勻減速運動,所以剛加上勻強電場時,B的加速度大小(2分)
(2)A與擋板碰前瞬間,設A.B向右的共同速度為,
(2分)解得 (1分)
A與擋板碰撞無機械能損失,故A剛離開擋板時速度大小為 (1分)
(3)A與擋板碰后,以A.B系統(tǒng)為研究對象, ⑥
故A、B系統(tǒng)動量守恒,設A、B向左共同速度為,規(guī)定向左為正方向,得: ⑦ (3分)
設該過程中,B相對于A向右的位移為,由系統(tǒng)功能關系得:
⑧ (4分) 解得 (2分)
因,所以B不能離開A,B與A的左端的最大距離為 (1分)
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