如下图所示,绝缘长方体B置于水平面上,两端固定一对平行带电极板,极板间形成匀强电场E.长方体B的上表面光滑,下表面与水平面的动摩擦因数μ=0.05(设最大静摩擦力与滑动摩

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

如下图所示,绝缘长方体B置于水平面上,两端固定一对平行带电极板,极板间形成匀强电场E.长方体B的上表面光滑,下表面与水平面的动摩擦因数μ=0.05(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同).B与极板的总质量mB=1.0 kg.带正电的小滑块A质量mA=0.60 kg,其受到的电场力大小F=1.2 N.假设A所带的电量不影响极板间的电场分布.t=0时刻,小滑块A从B表面上的a点以相对地面的速度vA=1.6 m/s向左运动,同时,B(连同极板)以相对地面的速度vB=0.40 m/s向右运动.问(g取10 m/s2)

(1)A和B刚开始运动时的加速度大小分别为多少?
(2)若A最远能到达b点,a、b的距离L应为多少?从t=0时刻至A运动到b点时,摩擦力对B做的功为多少?

◎ 答案

(1)-2.0 m/s2(2) W=-0.072 J

◎ 解析

 (1)以向右运动为正方向,初始时刻,A、B受力情况如图所示,其中F与F′互为作用力与反作用力,大小相等F=F′,B受到的摩擦力大小为
f=μ(mA+mB)g=0.8 N
aA=2.0 m/s    aB=-=-2.0 m/s2
(2)方法一 由加速度和初速度的值,可以判定B的速度首先达到零.
B速度为零时所用的时间:t1=-
此时B的位移:  sB
t1时刻后,B物体的受力分析如图,由于F′>Ff,B将向左运动.
设t1时刻后B的加速度为:aB′
设t时刻A和B的速度分别为vA′、vB
vA′=-vA+aAt    vB′=aB′(t-t1)(t>t1)
设t2时刻A、B速度相等,得:t2=0.70 s
设从t1到t2时刻B的位移:sB′aB′(t2-t1)2
A从初始时刻到t2时刻的位移:sA=-vAt2aAt
由题意:L=sB+sB′-sA=0.62 m
设摩擦力做的功为:     W=-μ(mA+mB)g(|sB|+|sB′|)     W=-0.072 J
方法二 vB<vA,B物体经过tB=-=0.2 s速度减为零.
此时B物体受到A物体对它的向左的作用力F′.
由于F′>μ(mA+mB)g,故B物体向左运动,由牛顿第二定律
F′-μ(mA+mB)g=mBaB′,得aB′=0.4 m/s2,方向向左.
A物体向左匀减速,B物体向左匀加速,当A、B达到共同速度时,A到达最远点b
设B物体向左运动t时间与A达到共同速度v,则有v=aB′t=vA-aA(t+tB)
得:   t=0.5 s,v=0.2 m/s
以向左为正方向,A、B物体的v-t图象如下.

由图象可知:L= (vA-aAtB+vA+vB)tB (vA-aAtB)t=0.62 m
Wf=μ(mA+mB)g=-0.072 J
本题考查力与运动的关系,分析受力情况,根据受力求出加速度,求出位移,根据W=Fs求出功

◎ 知识点

    专家分析,试题“如下图所示,绝缘长方体B置于水平面上,两端固定一对平行带电极板,极板间形成匀强电场E.长方体B的上表面光滑,下表面与水平面的动摩擦因数μ=0.05(设最大静摩擦力与滑动摩…”主要考查了你对  【牛顿第二定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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