问题 计算题

如图所示,绝缘长方体B置于水平面上,两端固定一对平行带电极板,极板间形成匀强电场E长方体B的上表面光滑,下表面与水平面的动摩擦因数μ= 0. 05(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同)B与极板的总质量mB=1.0kg。带正电的小滑块A质量mA=0.60 kg,其受到的电场力大小F=1.2 N。假设A所带的电量不影响极板间的电场分布t=0时刻,小滑块A从B表面上的a点以相对地面的速度vA=1.6m/s向左运动,同时,B(连同极板)以相对地面的速度vB= 0. 40m/s向右运动问(g取10m/s2

(1)A和B刚开始运动时的加速度大小分别为多少?

(2)若A最远能到达b点,a、b的距离L应为多少?从t=0时刻至A运动到b点时,摩擦力对B做的功为多少?

答案

解:(1)以向右运动为正方向,初始时刻。A、B受力情况如图所示,

其中F与F'互为作用力与反作用力,大小相等F=F',

B受到的摩擦力大小为ff=(mA+mB)gμ=0.8N ①

设A、B的加速度分别为aA和aB

(2)由加速度和初速度的值,可以判定B的速度首先达到零

B速度为零时所用的时间

此时B的位移

t1时刻后,B物体的受力分析如图,

由于F' >f,B将向左运动

设t1时刻后B的加速度为aB'

设t时刻A和B的速度分别为vA'、vB'

vA'=-vA+aAt ⑦

vBˊ=aB'(t-t1)(t>t1) ⑧

设t2时刻A、B速度相等,联立⑦⑧,得t2=0.70s ⑨

设从t1到t2时刻B的位移

A从初始时刻到t2时刻的位移

由题意L=SB +SB'-SA=0.62m

设摩擦力做的功为W

W= -(mA+mB)gμ(|SB|+|SB'|)

W= -0.072J

第2问解法2

(2)vB<vA,B物体经过速度减为零

此时B物体受到A物体对它的向左的作用力F

由于F>μ(mA+mB)g,故A物体向左运动,

由牛顿第二定律F-μ(mA+mB)g=mBaB',

得aB'=0.4m/s2,方向向右

A物体向左匀减速,B物体向左匀加速,当A、B达到共同速度时,A到达最远点b

设B物体向左运动t时间达到共同速度v,则有v=aB't=vA-aA(t十tB)

得t=0.5s,v=0.2m/s 以向左为正方向,A、B物体的v-t图像:

 

由图像可知

单项选择题
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