如图所示,相距为d的平行金属板A、B竖直放置,在两板之间水平放置一绝缘平板.有一质量m、电荷量q(q>0)的小物块在与金属板A相距l处静止.若某一时刻在金属板A、B间加一电压UAB

◎ 题目

如图所示,相距为d的平行金属板A、B竖直放置,在两板之间水平放置一绝缘平板.有一质量m、电荷量q(q>0)的小物块在与金属板A相距l处静止.若某一时刻在金属板A、B间加一电压UAB=-
3μmgd
2q
,小物块与金属板只发生了一次碰撞,碰撞后电荷量变为-
1
2
q,并以与碰前大小相等的速度反方向弹回.已知小物块与绝缘平板间的动摩擦因数为μ,若不计小物块电量对电场的影响和碰撞时间.则
(1)小物块与金属板A碰撞前瞬间的速度大小是多少?
(2)小物块碰撞后经过多长时间停止运动?停在何位置?

魔方格

◎ 答案

(1)加电压后,由于UAB是负值,所以B极板电势高于A板,电场强度的方向是水平向左.
小物块在电场力作用与摩擦力共同作用下向A板做匀加速直线运动.电场强度为E=
U
d
=
3μmg
2q

 小物块所受的电场力与摩擦力方向相反,则合外力为 F=qE-μmg=
3μmg
2
-μmg=
1
2
μmg;
故小物块运动的加速度为a=
F合
m
=
1
2
μg
设小物块与A板相碰时的速度为v1,由 v12-0=2a1l
解得:v1=

μgl
  
(2)小物块与A板相碰后以v1大小相等的速度反弹,因为电荷量及电性改变,电场力大小与方向发生变化,摩擦力的方向发生改变,小物块所受的合外力大小为=μmg-
qE
2
=
μmg
4

加速度大小为a2=
F合
m
=
μg
4
              
设小物块碰后到停止的时间为 t,注意到末速度为零,有 0-v1=-a2t
解得:t=
v1
a2
=4

1
μg
                 
设小物块碰后停止时距离为x,注意到末速度为零,有 0-v12=-2a2x
 则   x=
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