题目内容

如图所示,在方向水平向右、大小为E=6×103 NC的匀强电场中有一个光滑的绝缘平面. 一根绝缘细绳两端分别系有带电滑块甲和乙,甲的质量为m1=2×10-4 kg,带电量为q1=2×10-9 C,乙的质量为m2=1×10-4 kg,带电量为q2=-1×10-9 C. 开始时细绳处于拉直状态.由静止释放两滑块,t=3 s时细绳突然断裂,不计滑块间的库仑力,试求∶

(1)细绳断裂前,两滑块的加速度;

(2)在整个运动过程中,乙的电势能增量的最大值;

(3)当乙的电势能增量为零时,甲与乙组成的系统机械能的增量。

(1)绳断前,对甲和乙整体分析有:(2分)

             (1分)

(2)当乙向右运动的速度减为零时,乙的电势能增量最大.    

绳断前,乙的位移为:         (1分)

绳断时,乙的速度为:              (1分)

绳断后对乙:             (2分)

 乙减速运动的位移:          (1分)

由功能关系可得,乙的电势能增量为:

(2分)

(3)法一:分析可知,当乙回到出发点时,电场力对其做功为零,其电势能增量为零;

设从绳断至乙回到出发点用时为t1,则有:

          代入数据可解得     (2分)

此段时间内,甲加速运动的位移为x3,即

                 (1分)

                        (1分)

由功能关系可知,电场力做功使系统机械能增加,故机械能增量为

(2分)

法二:分析可知,当乙回到出发点时,电场力对其做功为零,其电势能增量为零;

设从绳断至乙回到出发点用时为t1,则有:

          代入数据可解得

 此段时间内,甲加速运动的加速度为a1,即

        

末态时刻,甲、乙的速度分别为

故系统机械能增量为   


解析:

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