如图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为θ=30°、长为L=2m的固定斜面上,三物块与斜面间的动摩擦因数均为μ=7380,A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,其中A为不带电的

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,可视为质点的三物块A、B、C放在倾角为θ=30°、长为L=2m的固定斜面上,三物块与斜面间的动摩擦因数均为μ=
7

3
80
,A与B紧靠在一起,C紧靠在固定挡板上,其中A为不带电的绝缘体,B、C所带电荷量分别为qB=+4.0×10-5C、qC=+2.0×10-5C且保持不变,A、B的质量分别为mA=0.80kg、mB=0.64kg.开始时三个物块均能保持静止状态,且此时A、B两物体与斜面间恰无摩擦力作用.如果选定两点电荷在相距无穷远处的电势能为零,则相距为r时,两点电荷具有的电势能可表示为EP=k
q1q2
r
.为使A在斜面上始终做加速度为a=1.5m/s2的匀加速直线运动,现给A施加一平行于斜面向上的力F,已知经过时间t0后,力F的大小不再发生变化.当A运动到斜面顶端时,撤去外力F.(静电力常量k=9.0×109N?m2/C2,g=10m/s2)求:
(1)未施加力F时物块B、C间的距离;
(2)t0时间内A上滑的距离;
(3)t0时间内库仑力做的功;
(4)在A由静止开始到运动至斜面顶端的过程中,力F对A做的总功.
魔方格

◎ 答案

(1)未施加力F时,A、B、C处于静止状态时,设B、C间距离为L1,则 C对B的库仑斥力:
F0=
kqCqB
L21

以A、B为研究对象,根据力的平衡:F0=(mA+mB)gsin30°
联立解得:L1=1.0m
(2)给A施加力F后,A、B沿斜面向上做匀加速直线运动,C对B的库仑斥力逐渐减小,A、B之间的弹力也逐渐减小.经过时间t0,B、C间距离设为L2,A、B两者间弹力减小到零,此后两者分离,力F变为恒力.则t0时刻C对B的库仑斥力为:F1=k
qCqB
L22
…①
以B为研究对象,由牛顿第二定律有:
F1-mBgsin30°-μmBgcos30°=mBa…②
联立①②解得:L2=1.2m
则t0时间内A上滑的距离:△L=L2-L1=0.2m
(3)设t0时间内库仑力做的功为W0,由功能关系有:
W0=k
qCqB
L1
-k
qCqB
L2
代入数据解得:W0=1.2J…③
(4)设在t0时间内,末速度为v1,力F对A物块做的功为W1,由动能定理有:
 W1+W0+WG+Wf=
1
2
(mA+mB
v21
…④
而 WG=-(mA+mB)g?△Lsin30°…⑤
Wf=-μ(mA+mB)g?△Lcos30°…⑥
又A做匀加速运动,则有:
v21
=2a△L…⑦
由③~⑦式解得:E1=1.05J
经过时间t0后,A、B分离,力F变为恒力,对A由牛顿第二定律有:
  F-mAgsin30°-μmAgcos30°=mAa…⑧
力F对A物块做的功:W2=F(L-L2
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