如图所示,直角坐标系xOy,X轴正方向沿着绝缘粗糙水平面向右,y轴正方向竖直向上.空间充满沿X轴负方向、E=2.0×104N/C的匀强电场.一个质量m=2.0×10-3kg、电量q=2.0×10-6C的带正电的物块(可作为质点),从O点开始以v0=10.0m/s的初速度沿着X轴正方向做直线运动,物块与水平面间动摩擦因数μ=0.5,g=10m/s2.
(1)求带电物体在t=0.8s内通过的位移x
(2)若在0.8s末突然将匀强电场的方向变为沿y轴正方向,场强大小保持不变.求在0〜1.0s内带电物体电势能的变化量△E.
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(1)设带电物块向右做匀减速直线运动过程中,加速度大小为a1,时间为t1,通过的位移为x1,则
Eq+μmg=ma1,
又t1=
,x1=v0 a1 v 20 2a1
代入解得a1=25 m/s2,t1=0.4 s,x1=2 m
t1=0.4s之后,带电物块向左做匀加速直线运动,设加速度大小为a2,时间为t2,通过的位移为x2,则
Eq-μmg=ma2 得a2=15m/s2,
由题,t2=t-t1=0.4s
x2=
a2t22=1.2m 1 2
所以x=x1-x2=0.8m,方向水平向右.
(2)设0.8s内电场力做功为W1,则
W1=-Eqx=-3.2×10-2J
0.8s后,设带电物块受到竖直向上的电场力为F,且F=Eq=4.0×10-2N>mg,所以,带电物块开始在水平方向做的匀速运动,竖直方向做初速为零的匀加速运动,设加速度为a3,在竖直方向的位移为y,电场力做功为W2,则
F-mg=ma3
解得a3=10m/s2,
又 t3=1.0-t1=0.2s
则得 y=
a3t32=0.2m1 2
电场力做功 W2=Eqy=8.0×10-3J
设0~1.0s内电场力对带电物块所做的总功为W,则
W=W1+W2=-2.4×10-2J
即△E=-W=2.4×10-2J
答:
(1)求带电物体在t=0.8s内通过的位移x是0.8m,方向水平向右.
(2)在0〜1.0s内带电物体电势能的变化量△E是2.4×10-2J.