在光滑水平面上放有如图10所示的用绝缘材料制成的“┙”型滑板,其质量为,在滑板右端A壁左侧有一质量为,带电荷量为q=+2C的小铁块,在小铁块与A壁之间夹有一小堆火药,整个装置
◎ 题目
在光滑水平面上放有如图10所示的用绝缘材料制成的“┙”型滑板,其质量为,在滑板右端A壁左侧有一质量为,带电荷量为q=+2C的小铁块,在小铁块与A壁之间夹有一小堆火药,整个装置始终处于场强为E=10N/C的水平向右的匀强电场中。初始时刻,使滑板与小铁块都处于静止,现点燃火药。设火药爆炸时有100J的能量转化为滑板和小铁块的机械能,滑板水平部分足够长,小铁块和火药的体积大小、小铁块与滑板面的摩擦均不计,火药爆炸的作用力远大于电场力,爆炸后,滑板和小铁块质量、形状均不变,小铁块没有电量损失,小铁块始终未脱离滑板。 试求: (1)火药爆炸瞬间后,滑板、小铁块的速度大小分别为多少?(爆炸时间可忽略) (2)小铁块从火药爆炸后到第一次与A壁碰撞前,滑板和小铁块的速度大小分别为多少? (3)小铁块从火药爆炸后到第一次与A壁碰撞前,电场力所做的功为多少? |
◎ 答案
(1)(2) (3)W= |
◎ 解析
(1):以滑板、小铁块为系统,火药爆炸瞬间,系统动量守恒,以水平向右的方向为正方向,设火药爆炸后瞬间滑板、小铁块速度大小分别为则有:
① 由能量关系得: ② 代入数值解①②得: (2)火药爆炸后,滑板所受合外力为零,则以的速度做匀速直线运动,故小铁块与A壁第一次碰撞前滑板的速度; 小铁块先向左做匀减速直线运动,再向右做匀加速直线运动,设小铁块回到初位置的时间为t;在此过程中,电场力做功为零,此时速度方向向右,且大小为 由动量定理得: 代入数值得:t=4秒 设滑板在时间内运动的位移为 ,再经过与A壁第一次碰撞,滑板在内匀速运动的位移为,小铁块在内匀加速运动的位移为, 则有: 又小铁块加速度 ∴小铁块与A壁第一次碰撞前瞬间的速度: (3)设小铁块从爆炸后到与A壁第一次碰撞前的过程中的位移为S,则有:
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