题目内容

如图所示,在地面上方足够高的地方,存在一个高度d=0.3m的“匀强电场区域”(下图中划有虚线的部分),电场方向竖直向上,电场强度E=2mg/q 。一个电荷量为q的带正电的小圆环A套在一根均匀直杆B上,A和B的质量均为m。开始时A处于B的最下端,B竖直放置,A距“匀强电场区域”的高度h=0.2m。让A和B一起从静止开始下落,它们之间的滑动摩擦力f=0.5mg。不计空气阻力,取重力加速度g=10m/s2。求:

   (1)圆环A通过“匀强电场区域”所用的时间?

   (2)假如直杆B着地前A和B的速度相同,求这一速度?

      (设杆 B在下落过程中始终保持竖直且足够长)

 

 

【答案】

(1)设A和B一起静止下落至“匀强电场区域”的速度为v1,根据重要推论有:

  代入数据解得: v1=2.0m/s    (2分)

过程1:A在“匀强电场区域”运动时,取方向向下为正方向,A受到竖直向下的重力mg、滑动磨

擦力f和竖上向上的电场力F作用。

 设加速度aA1、末速度为vA、运动时间为t1,根据牛顿第二定律有:

 aA1=                (1分)

 根据运动学公式有:vA=v0+aA1t1     d=    (1分)

 代入数据解出:t1=0.2s,                     (1分)

(2)vA= v0+aA1t1=1m/s                     (1分)

 B受到竖直向下的重力mg和竖直向上的滑动摩擦力f的作用

 同理有:aB1=    vB=v0+aB1t1     代入数据:vB=3m/s  (1分)

过程2:A离开“匀强电场区域”后,因为vA<vB,所以A受到竖直向下的重力mg和滑动摩擦力f的作用,B受到竖直向下重力mg和竖直向上的滑动摩擦力f的作用。设加速度分别为aA2、aB2,共同速度为v,运动时间为t2

 同理有:aA2=    aB2=   (1分)

 v=vA+aA2t2            v=vB+aB2t2

 由上述四式代入数据解得:v=4m/s   (2分)

【解析】略        

 

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