Question

如圖所示，在地面上方足夠高的地方，存在一個(gè)高度d=0.3m的“勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域”（下圖中劃有虛線的部分)，電場(chǎng)方向豎直向上，電場(chǎng)強(qiáng)度E=2mg/q 。一個(gè)電荷量為q的帶正電的小圓環(huán)A套在一根均勻直桿B上，A和B的質(zhì)量均為m。開(kāi)始時(shí)A處于B的最下端，B豎直放置，A距“勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域”的高度h=0.2m。讓A和B一起從靜止開(kāi)始下落，它們之間的滑動(dòng)摩擦力f=0.5mg。不計(jì)空氣阻力，取重力加速度g=10m／s²。求:

   (1)圓環(huán)A通過(guò)“勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域”所用的時(shí)間?

   (2)假如直桿B著地前A和B的速度相同，求這一速度?

      (設(shè)桿 B在下落過(guò)程中始終保持豎直且足夠長(zhǎng))

Answer 1

（1）設(shè)A和B一起靜止下落至“勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域”的速度為v₁,根據(jù)重要推論有:

  代入數(shù)據(jù)解得: v₁=2.0m/s    （2分）

過(guò)程1：A在“勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域”運(yùn)動(dòng)時(shí)，取方向向下為正方向，A受到豎直向下的重力mg、滑動(dòng)磨

擦力f和豎上向上的電場(chǎng)力F作用。

 設(shè)加速度a_A1、末速度為v_A、運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t₁，根據(jù)牛頓第二定律有：

 a_A1=                （1分）

 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有：v_A=v₀+a_A1t₁     d=    （1分）

 代入數(shù)據(jù)解出：t₁=0.2s,                     （1分）

(2)v_A= v₀+a_A1t₁=1m/s                     （1分）

 B受到豎直向下的重力mg和豎直向上的滑動(dòng)摩擦力f的作用

 同理有：a_B1=    v_B=v₀+a_B1t₁     代入數(shù)據(jù)：v_B=3m/s  （1分）

過(guò)程2：A離開(kāi)“勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域”后，因?yàn)関_A<v_B，所以A受到豎直向下的重力mg和滑動(dòng)摩擦力f的作用，B受到豎直向下重力mg和豎直向上的滑動(dòng)摩擦力f的作用。設(shè)加速度分別為a_A2、a_B2，共同速度為v，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t₂

 同理有：a_A2=    a_B2=   （1分）

 v=v_A+a_A2t₂            v=v_B+a_B2t₂

 由上述四式代入數(shù)據(jù)解得：v=4m/s   （2分）

解析:

略