问题 问答题

如图所示,光滑水平面上静止放置着质量M= 3.0kg的绝缘平板小车B.在平板车的左端放一个电荷量、质量m ="1.0kg" 的带电滑块AAB之间的动摩擦因数μ=0.80.在车的左边距车S = 0.20m处有一场强、方向水平向右的匀强电场区,电场区的水平宽度d =0.21m.现对小车B施加一个大小为10N、方向水平向左的恒力F使小车向左加速运动.已知滑块A离开电场区时,恰好脱离小车.设整个运动过程滑块A所带电荷量保持不变,小车不带电,重力加速度g =10m/s2.求:

(1)A进入电场区时,AB的速度;

(2)A离开电场区时,AB的速度;

(3)小车车板的长度L

答案

(1)1m/s(方向水平向左)(2)1.2m/s(方向水平向左)(3)0.12m

(1)AB之间的滑动摩擦力

=8.0N                       ①

A进入电场区之前AB保持相对静止,则对AB整体,由牛顿定律得

                         ②

A所受摩擦力为,由牛顿定律得

                               ③

代入数据解得

2.5m/s22.5N                 ④

,说明A所受摩擦力为静摩擦力,AB保持相对静止。

A进入电场区时,AB的速度相同,都为

=1m/s(方向水平向左)      ⑤

(2)A进入电场区,所受电场力

10N(方向向右)                 ⑥

A所受合力方向向右,做减速运动,离开电场时速度为,由动能定理得

               ⑦

代入数据解得

0.4m/s(方向水平向左)          ⑧

A进入电场区之后,由于AB组成的系统所受外力的矢量和为零,因此动量守恒

                  ⑨

代入数据解得B的速度

1.2m/s(方向水平向左)           ⑩

(3)A离开电场时恰好脱离小车,则在A进入电场区后B的位移为

                            ⑾

B,由动能定理得

            ⑿

代入数据解得小车车板的长度

0.12m                       ⒀

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