问题 问答题

如图所示,在倾角为θ,用绝缘材料制成的斜面上,一个质量为m,带电量为+q小滑块,它与斜面间的动摩擦因数为µ(µ<tgθ).整个装置处于方向垂直斜面向上,磁感应强度为B的匀强磁场中.若小滑块由A点静止释放,到达B点时刚好能做直线运动.已知斜面足够大,滑块电量不变,A、B两点高度差为H.

求:(1)试根据小滑块的受力特点,分析小滑块经过b点后的运动情况;

(2)小滑块作直线运动时的速度方向与斜面边线MN的夹角(用三角函数表示);

(3)小滑块从A运动到B的过程中,滑动摩擦力所做的功.

答案

(1)滑块在斜面上a点时受力分析如图5所示:

小滑块受到的支持力为N=mgcosθ,

释放后,受到的摩擦力大小为f=μmgcosθ,

因重力沿斜面向下的分力F1=mgsinθ>f(依µ<tgθ可知),

小滑块将向下运动,此时受到的洛伦兹力为f=qvB  

当滑块在斜面上b点作直线运动时,速度方向不变,所以洛仑兹力方向不变;而重力的分力F1的大小(=mgsinθ)、方向(平行于斜面的边线MN向下)不变,摩擦力f大小(=μmgcosθ)、方向(与运动方向相反)也不变,所以洛仑兹力的大小也不变,物块将做匀速直线运动(否则不能作直线运动).   

(2)在b点时,从上往下正对斜面所在平面来看(即俯视图,此时磁场方向垂直纸面向外),滑块的受力如图6所示,

设运动方向与MN夹角(∵F1MN,即v与F1的夹角)为α

则:cosα=

μmgcosθ
mgsinθ
=μcotθ

(3)由上分析知,小滑块通过b点后作匀速直线运动,受力平衡,所以:f2+f2=(mgsinθ)2

将f=μmgcosθ、f=qvB,代入得:v=

mg
qB
sin2θ-μ2cos2θ

由A到B对物块用动能定理得:mgh+Wf=

1
2
mv2

解得:Wf=

m3g2
2q2B2
(sin^-mgh

答:(1)小滑块经过b点后物块将做匀速直线运动;

(2)小滑块作直线运动时的速度方向与斜面边线MN的夹角cosα=μcotθ;

(3)小滑块从A运动到B的过程中,滑动摩擦力所做的功为

m3g2
2q2B2
(sin^-mgh.

单项选择题
多项选择题