题目内容
如图所示;“U”形框架由两平行金属板A、B和绝缘底座P组成,在金属板A、B上同一高度处开有两个小孔M、N,并在M、N之间固定一绝缘光滑平板,整个装置静止固定在水平面上.两平行金属板A、B接上电压为150KV的稳压电源,两金属板间距为d=0.1m.现有一电荷分布均匀的带电量为q=5×10-5C,质量为m=0.01kg,长度为l=0.04m的绝缘橡胶棒以v0=10
m/s的速度由右边小孔水平滑入“U”形框架中,设绝缘棒的电荷量对“U”形框架内的电场没有影响.问:
(1)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的加速度
(2)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的速度.
(3)橡胶棒与“U”形框架相互作用过程中增加的最大电势能.
3 |
(1)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的加速度
(2)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的速度.
(3)橡胶棒与“U”形框架相互作用过程中增加的最大电势能.
分析:(1)由公式E=
求出金属板间的电场强度,根据牛顿第二定律求解橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的加速度.
(2)由动能定理求解橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的速度.
(3)根据能量守恒求解橡胶棒与“U”形框架相互作用过程中增加的最大电势能.
U |
d |
(2)由动能定理求解橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的速度.
(3)根据能量守恒求解橡胶棒与“U”形框架相互作用过程中增加的最大电势能.
解答:解:(1)金属板间的电场强度为E=
=
V/m=1.5×106V/m
由牛顿第二定律得:a=
=
m/s2=7.5×103m/s2
(2)设带电橡胶棒刚好全部进入“U”形框架时,则由动能定理:
-
L=
mv2-
m
解得:v=
=
m/s=0m/s
(3)增加电势能的最大值等于动能减小的最大值:
△Ep=△Ek=
m
=
×0.01×300J=1.5J
答:
(1)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的加速度为7.5×103m/s2.
(2)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的速度是0.
(3)橡胶棒与“U”形框架相互作用过程中增加的最大电势能是1.5J.
U |
d |
150×103 |
0.1 |
由牛顿第二定律得:a=
qE |
m |
5×10-5×1.5×106 |
0.01 |
(2)设带电橡胶棒刚好全部进入“U”形框架时,则由动能定理:
-
qE |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
v | 2 0 |
解得:v=
|
(10
|
(3)增加电势能的最大值等于动能减小的最大值:
△Ep=△Ek=
1 |
2 |
v | 2 0 |
1 |
2 |
答:
(1)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的加速度为7.5×103m/s2.
(2)橡胶棒刚好全部进入“U”形框架内的速度是0.
(3)橡胶棒与“U”形框架相互作用过程中增加的最大电势能是1.5J.
点评:本题文字较多,题干较长,要善于抓住有效信息,实质是匀减速运动的问题.
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