问题 问答题

如图所示,A是一个质量为1×10-3kg表面绝缘的薄板,薄板静止在光滑的水平面上,在薄板左端放置一质量为1×10-3kg带电量为q=1×10-5C的绝缘物块,在薄板上方有一水平电场,可以通过开关控制其有、无及方向.先产生一个方向水平向右,大小E1=3×102V/m的电场,薄板和物块开始运动,作用时间2s后,改变电场,电场大小变为E2=1×102V/m,方向向左,电场作用一段时间后,关闭电场,薄板正好到达目的地,物块刚好到达薄板的最右端,且薄板和物块的速度恰好为零.已知薄板与物块间的动摩擦因数µ=0.1,(薄板不带电,物块体积大小不计,g取10m/s2)求:

(1)在电场E1作用下物块和薄板的加速度各为多大;

(2)电场E2作用的时间;

(3)薄板的长度和薄板移动的距离.

答案

(1)根据牛顿第二定律得:物块的加速度a1=

F1-μmg
m
=
E1q-μmg
m
=
3×102×1×10-3-0.1×10-3
0.1×10-3
m/s2
=2m/s2

薄板的加速度为:a2=

μmg
M
=1m/s2

(2)经t1=2s 物块速度为v1=a1t1=2×2m/s,向右;薄板的加速度v2=a2t1=1×2=2m/s,向右.

经2s后,物块做匀减速运动,加速度大小a1′=

Eq2+μmg
m
=2m/s2

,向左.薄板的加速度不变,仍为a2=1m/s2向右.当两者速度相等时,货柜恰好到达小车最右端,以后因为qE2=f=µ(m0+m1)g,两者一起作为整体向右以a3=

qE2
M+m
=0.5m/s2,向右作匀减速直到速度都为0.

共同速度为v=v1-a1′t2,v=v2+a2′t2

解得  t2=

2
3
s,v=
8
3
s

物块和薄板获得共同速度直到停止运动用时t3=

0-v
-a3
=
16
3
s

第二次电场作用时间为t=t2+t3=6s

(3)经t1=2s时,物块运动位移为x1=

1
2
a1t12=4m

薄板运动位移x2=

1
2
a2t12=2m

薄板在t2时间内位移x3=v2t2+

1
2
a2t22=
14
9
m

物块在t2时间内位移为x4=v1t2-

1
2
a1′t22=
20
9
m

薄板的长度L=x1-x2+x4-x3=

24
9
m=2.67m

薄板移动的距离为x=x2+x3+

0-v2
2a3
=
32
3
m=10.67m

答:

(1)在电场E1作用下物块和薄板的加速度各为2m/s2和1m/s2

(2)电场E2作用的时间是6s;

(3)薄板的长度是2.67m,薄板移动的距离是10.67m.

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