粗糙绝缘的水平面附近存在一个平行于水平面的电场,其中某一区域的电场线与x轴平行,且沿x轴方向的电势φ与坐标值x的关系如下表格所示.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
x/m | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.25 | 0.30 | 0.35 | 0.40 | 0.45 |
φ/105v | 9.00 | 4.50 | 3.00 | 2.25 | 1.80 | 1.50 | 1.29 | 1.13 | 1.00 |
(1)由表格中的数据和图象给出的信息,写出沿x轴的电势φ与坐标值x的函数关系表达式.
(2)若将滑块无初速度地放在x=0.10m处,求滑块最终停止在何处?
(3)在上述第(2)问的整个运动过程中,它的加速度如何变化?当它位于x=0.15m时它的加速度多大?(电场中某点场强为φ-x图线上该点对应的斜率)

(1)由数据表格和图象可得,电势ϕ与x成反比关系,即φ=
;k x
当x=0.1m时,电势φ=4.5V,代入上述公式,得到k=4.5×104
故沿x轴的电势ϕ与x的函数关系表达式ϕ=
V.4.5×104 x
(2)滑块运动的全部过程中,只有电场力和摩擦力做功,由动能定理得
WF+Wf=△EK=0
设滑块停止的位置为x2,有
q(ϕ1-ϕ2)-μmg(x2-x)=0
即q(
-4.5×104 x
)-μmg(x2-x)=04.5×104 x2
代入数据有
1.0×10-7(
-4.5×104 0.1
)-0.20×0.10×10(x2-0.1)=04.5×104 x2
可解得x2=0.225m(舍去x2=0.1m)
故滑块最终停止在坐标为0.225m的位置.
(3)先做加速度减小的加速运动,后做加速度增大的减速运动.
即加速度先减小后增大.
当它位于x=0.15m时,图象上该点的切线斜率表示场强大小
E=
=∅ x
N/C=2.0×106 N/C3×105 0.15
滑块在该点的水平合力FX=Eq-μmg=2.0×106×1.0×10-7-0.20×0.10×10=0
故滑块的加速度a=
=0Fx m
故在上述第(2)问的整个运动过程中,它的加速度先变小后变大;当它位于x=0.15m时它的加速度为零.
答:(1)由表格中的数据和图象给出的信息,写出沿x轴的电势φ与坐标值x的函数关系表达式为ϕ=
V.4.5×104 x
(2)若将滑块无初速度地放在x=0.10m处,则滑块最终停止在最终停止在坐标为0.225m的位置;
(3)在上述第(2)问的整个运动过程中,它的加速度先变小后变大;当它位于x=0.15m时它的加速度为零.