题目内容

带负电的小物体在倾角为的绝缘斜面上,整个斜面处于范围足够大、方向水平向右的匀强电场中,如图所示。物体A的质量为m,电量为-q,与斜面间的动摩擦因素为,它在电场中受到的电场力的大小等于重力的一半。物体A在斜面上由静止开始下滑,经时间t后突然在斜面区域加上范围足够大的匀强磁场,磁场方向与电场强度方向垂直,磁感应强度大小为B,此后物体A沿斜面继续下滑距离L后离开斜面。

(1)物体A在斜面上的运动情况?说明理由。

(2)物体A在斜面上运动过程中有多少能量转化为内能?(结果用字母表示)

(1)见解析

(2)


解析:

(1)物体A在斜面上受重力、电场力、支持力和滑动摩擦力的作用,<1>小物体A在恒力作用下,先在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动;<2>加上匀强磁场后,还受方向垂直斜面向上的洛伦兹力作用,方可使A离开斜面,故磁感应强度方向应垂直纸面向里。随着速度的增加,洛伦兹力增大,斜面的支持力减小,滑动摩擦力减小,物体继续做加速度增大的加速运动,直到斜面的支持力变为零,此后小物体A将离开地面。

(2)加磁场之前,物体A做匀加速运动,据牛顿运动定律有:

解出

A沿斜面运动的距离为:

加上磁场后,受到洛伦兹力

随速度增大,支持力减小,直到时,物体A将离开斜面,有:

物体A在斜面上运动的全过程中,重力和电场力做正功,滑动摩擦力做负功,洛伦兹力不做功,根据动能定理有:

物体A克服摩擦力做功,机械能转化为内能:

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