题目内容
【题目】如图,绝缘平板S放在水平地面上,S与水平面间的动摩擦因数μ=0.4。两足够大的平行金属板P、Q通过绝缘撑架相连,Q板固定在平板S上,P、Q间存在竖直向上的匀强电场,整个装置总质量M=0.48kg ,P、Q间距为d=1m,P板的中央有一小孔。给装置某一初速度,装置向右运动。现有一质量m=0.04kg、电量q=+1× 10-4C的小球,从离P板高h=1.25m处静止下落,恰好能进入孔内。小球进入电场时,装置的速度为v1=5m/s。小球进入电场后,恰能运动到Q板且不与Q板接触。忽略平行金属板外部的电场对小球运动的影响,不计空气阻力,g取10m/s2。
(1)求匀强电场的场强大小E;
(2)求当小球第一次返回到P板时,装置的速度v2;
(3)小球第一次与P板碰撞时间极短,碰后速度大小不变,方向反向,碰后电量变为q’=-4 ×10-4C。求从小球进入电场到第二次到达Q板过程中,绝缘平板S与地面因为摩擦而产生的热量。(由于小球带电量很小,碰撞过程对P、Q上的电荷分布的影响可以忽略,可认为碰撞前后两金属板间的电场保持不变)
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
试题分析:(1)小球下落到Q板时速度为零, 从最高点到最低点:
,
(2)小球在电场中的加速度
小球在电场中运动的时间
小球进入电场后,装置的加速度
当小球第一次返回到P板时,装置的速度
(3)小球从进入电场到小球返回到P板过程中装置的位移为
J
小球与P板碰撞之后速度,在之后的运动过程中:
小球的加速度
小球从P板运动至Q板的时间,
装置的加速度
装置在这段时间内的位移为
Q
。
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