问题 问答题

如图所示,可视为质点的物块A、B、C放在倾角为θ=37°、长L=2.0m的固定斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,物块的质量分别为mA=0.8kg、mB=0.4kg,其中A不带电,B、C的带电量分别为q B=+4.0×10-5C、q =+2.0×10-5C,且保持不变,开始时三个物块均能保持静止且与斜面间均无摩擦力作用.如果选定两点电荷在相距无穷远处的电势能为0,则相距为r时,两点电荷具有的电势能可表示为E p=k

q1q2
r
.现给A施加一平行于斜面向上的力F,使A在斜面上做加速度大小为a=2.5m/s2的匀加速直线运动,经过时间t0物体A、B分离并且力F变为恒力.当A运动到斜面顶端时撤去力F.已知静电力常量k=9.0×109N•m2/C2,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:

(1)未施加力F时物块B、C间的距离;

(2)t0时间内库仑力做的功;

(3)力F对A物块做的总功.

答案

(1)未施加力F时,A、B、C三者处于静止状态,设B、C间的距离为L1,对A、B组成的整体有,

  (mA+mB)gsin37°=

kqCqB
L21

解得:L1=1.0m.

(2)经过时间t1,设B、C间的距离变为L2,对B由牛顿第二定律有,

  

kqCqB
L22
-mBgsin37°-μmBgcos37°=mBa,所以有:L2=1.2m.

从而库仑力做功,WE=k

qCqB
L1
-k
qCqB
L2
=1.2J.

(3)设经过时间t1,力F做的功为W1,A、B的速度变为:v1=

2a△L

对A、B由动能定理,W1+WE-(mA+mB)g△Lsin37°-μ(mA+mB)gcos37°△L=

1
2
(mA+mB)
v21
 

解得:W1=1.8J;

A、B分离后,力F变为恒力,对A由牛顿第二定律得:

  F-mAgsin37°-μmAcos37°=mAa,

所以力F做的功,W2=F(L-L2),

解得:W2=8.0J.

从而力F做的总功,W=W1+W2=9.8J.

答:

(1)未施加力F时物块B、C间的距离为1.0m;

(2)t0时间内库仑力做的功为1.2J;

(3)力F对A物块做的总功为9.8J.

单项选择题
单项选择题