如图所示,绝缘水平面上的AB区域宽度为d,带正电、电量为q、质量为m的小滑块以大小为v0的初速度从A点进入AB区域,当滑块运动至区域的中点C时,速度大小为vC=32v0,从此刻起在

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 36 阅读 [打印]
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◎ 题目

如图所示,绝缘水平面上的AB区域宽度为d,带正电、电量为q、质量为m的小滑块以大小为v0的初速度从A点进入AB区域,当滑块运动至区域的中点C时,速度大小为vC=

3
2
v0
,从此刻起在AB区域内加上一个水平向左的匀强电场,电场强度保持不变,并且区域外始终不存在电场.
(1)若加电场后小滑块受到的电场力与滑动摩擦力大小相等,求滑块离开AB区域时的速度.
(2)要使小滑块在AB区域内运动的时间达到最长,电场强度应满足什么条件?并求这种情况下滑块离开AB区域时的速度.(设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力)
魔方格

◎ 答案


(1)设滑块所受滑动摩擦力大小为f,则滑块从A点运动至C点过程,由动能定理得
f
d
2
=
1
2
m(v02-vc2)----①
假设最后滑块从B点离开AB区域,则滑块从C点运动至B点过程,由动能定理得
(qE1+f)
d
2
=
1
2
m(vc2-vB2)------②
 将vc=

3
2
v0和和qE1=f代入解得
vB=
1
2
v0--------③
由于滑块运动至B点时还有动能,因此滑块从B点离开AB区域,速度大小为
1
2
v0,方向水平向右.
(2)要使小滑块在AB区域内运动的时间到达最长,必须使滑块运动至B点停下,然后再向左加速运动,最后从A点离开AB区域.
滑块从C点运动至B点过程,由动能定理得
(qE2+f)
d
2
=
1
2
mvc2------④
由①④两式可得电场强度
E2=
m
v20
2qd
-----------⑤
滑块运动至B点后,因为qE2=2f>f,所以滑块向左加速运动,从B运动至A点过程,由动能定理得
(qE2-f)d=
1
2
mvA2;-------⑥
由以上各式解得滑块离开AB区域时的速度
vA=
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