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精英家教网如图所示;“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
3
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.
分析:(1)由公式E=
U
d
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.
解答:解:(1)金属板间的电场强度为E=
U
d
=
150×103
0.1
V/m
=1.5×106V/m
  由牛顿第二定律得:a=
qE
m
=
5×10-5×1.5×106
0.01
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:
-
qE
2
L
=
1
2
mv2
-
1
2
m
v
2
0

解得:v=
v
2
0
-
qEL
m
=
(10
3
)2-7.5×103×0.04
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=
1
2
m
v
2
0
=
1
2
×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.
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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