题目内容
(08年揭阳市二模)(18分)在绝缘水平面上,放一质量为m=2.0×10-3kg的带正电滑块A,所带电量为q=1.0×10-7C,在滑块A的左边处放置一个不带电、质量M=4.0×10-3kg的绝缘滑块B,B的左端接触(不连接)于固定在竖直墙壁的轻弹簧上,轻弹簧处于自然状态,弹簧原长s=0.05m,如图所示。在水平方向加一水平向左的匀强电场,电场强度的大小为E=4.0×105N/C,滑块A由静止释放后向左滑动并与滑块B发生碰撞,设碰撞时间极短,碰撞后结合在一起共同运动的速度为v=1m/s,两物体一起压缩弹簧至最短处(弹性限度内)时,弹簧的弹性势能E0=3.2×10-3J。设两滑块体积大小不计,与水平面间的动摩擦因数为μ=0.50,摩擦不起电,碰撞不失电,g取10m/s2。求:
⑴两滑块在碰撞前的瞬时,滑块A的速度;
⑵滑块A起始运动位置与滑块B的距离;
⑶B滑块被弹簧弹开后距竖起墙的最大距离sm.
解析:
(1)设A与B碰撞前A的速度为v1,碰撞过程动量守恒,有:
mv1=(M+m)v ……………………………………………(2分)
代入数据解得: v1=3m/s ……………………………………………(2分)
(2)对A,从开始运动至碰撞B之前,根据动能定理,有:
qE-μmg=-0……………………………………………(2分)
代入数据解得: =0.3m …………………………………………………(2分)
(3)设弹簧被压缩至最短时的压缩量为s1,对AB整体,从碰后至弹簧压缩最短过程中,根据能量守恒定律,有:
qEs1+=μmg s1+E0 ………………………………………(2分)
代入数据解得: s1=0.02m ……………………………………………………(1分)
设弹簧第一次恢复到原长时,AB共同动能为Ek,根据能量守恒定律,有:
E0=qEs1+μ(M+m)g s1+Ek -----------------------------------① (2分)
在弹簧把BA往右推出的过程中,由于B受到向左的摩擦力小于A受到的向左的摩擦力和电场力之和。故至他们停止之前,两者没有分开。 ……………………(1分)
弹簧第一次将AB弹出至两者同时同处停止时,B距离竖直墙壁最远,设此时距离弹簧原长处为s2,根据动能定理,有:
-qEs2-μ(M+m)g s2=0-Ek -----------------------------------② (2分)
①②联立并代入数据解得: s2=0.03m ……………………………………(1分)
故B离墙壁的最大距离sm=s+s2=0.08m ……………………………………(1分)