题目内容
如图所示,在方向水平向右、大小为E=6×103N/C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=2×10-4kg,带电量为q1=2×10-9C,乙的质量为m2=1×10-4kg,带电量为q2=-1×10-9C。开始时细绳处于拉直状态。由静止释放两滑块,t=3s时细绳断裂,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) 0.02m/s2 (2)7.2×10-7J (3)6.48×10-6J
解析:
(1)取水平向右为正方向。将甲、乙及细绳看成一个整体,根据牛顿第二定律,有
得
(2)当乙发生的位移最大时,乙的电势能增量最大。
细绳断裂前,甲、乙发生的位移均为
此时甲、乙的速度均为
细绳断裂后,乙的加速度变为
从细绳断裂到乙速度为零,乙发生的位移为
整个运动过程乙发生的最大位移为
此时乙的电势能增量为
(3)当乙的总位移为零,即乙返回到原出发点时,乙的电势能增量为零。
设细绳断裂后,乙经时间返回到原出发点,则有
代入数据,有
解得: (不合题意,舍去。)
乙回到原出发点时的速度为
细绳断裂后,甲的加速度变为
乙回到原出发点时甲的速度为
甲与乙组成的系统机械能的增量为
方法二:当乙的总位移为零,即乙返回到原出发点时,乙的电势能增量为零。此时电场力对甲所做的功即为甲与乙组成的系统机械能的增量。
设细绳断裂后,乙经时间返回到原出发点,则有
代入数据,有
解得: (不合题意,舍去。)
细绳断裂后,甲的加速度变为
细绳断裂后,甲继续发生的位移为
当乙的电势能增量为零时,甲发生的总位移为
电场力对甲所做的总功为
此即甲与乙组成的系统机械能的增量。
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q |
A、小物块将沿斜面下滑 | ||
B、小物块将做曲线运动 | ||
C、小物块到达地面时的速度大小为2
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D、若其他条件不变,只增大电场强度,小物块到达地面前的运动时间将增大 |