问题 计算题

如图所示,在地面上方足够高的地方,存在一个高度d=0.3m的“匀强电场区域”(下图中划有虚线的部分),电场方向竖直向上,电场强度E="2mg/q" 。一个电荷量为q的带正电的小圆环A套在一根均匀直杆B上,A和B的质量均为m。开始时A处于B的最下端,B竖直放置,A距“匀强电场区域”的高度h=0.2m。让A和B一起从静止开始下落,它们之间的滑动摩擦力f=0.5mg。不计空气阻力,取重力加速度g=10m/s2。求:

(1)圆环A通过“匀强电场区域”所用的时间?

(2)假如直杆B着地前A和B的速度相同,求这一速度?

(设杆 B在下落过程中始终保持竖直且足够长)

答案

(1)设A和B一起静止下落至“匀强电场区域”的速度为v1,根据重要推论有:

 代入数据解得: v1="2.0m/s   " (2分)

过程1:A在“匀强电场区域”运动时,取方向向下为正方向,A受到竖直向下的重力mg、滑动磨

擦力f和竖上向上的电场力F作用。

设加速度aA1、末速度为vA、运动时间为t1,根据牛顿第二定律有:

aA1=               (1分)

根据运动学公式有:vA=v0+aA1t1     d=   (1分)

代入数据解出:t1="0.2s,                    " (1分)

(2)vA= v0+aA1t1="1m/s                    " (1分)

B受到竖直向下的重力mg和竖直向上的滑动摩擦力f的作用

同理有:aB1=    vB=v0+aB1t1    代入数据:vB="3m/s " (1分)

过程2:A离开“匀强电场区域”后,因为vA<vB,所以A受到竖直向下的重力mg和滑动摩擦力f的作用,B受到竖直向下重力mg和竖直向上的滑动摩擦力f的作用。设加速度分别为aA2、aB2,共同速度为v,运动时间为t2

同理有:aA2=    aB2=  (1分)

v=vA+aA2t2            v=vB+aB2t2

由上述四式代入数据解得:v="4m/s  " (2分)

略      

问答题
单项选择题