题目内容

(12分)如图所示,微粒A位于一定高度处,其质量m = 1×10-4kg、带电荷量q = + 1×10-6C,塑料长方体空心盒子B位于水平地面上,与地面间的动摩擦因数μ = 0.1。B上表面的下方存在着竖直向上的匀强电场,场强大小E = 2×103N/C,B上表面的上方存在着竖直向下的匀强电场,场强大小为E。B上表面开有一系列略大于A的小孔,孔间距满足一定的关系,使得A进出B的过程中始终不与B接触。当A以υ1 = 1m/s的速度从孔1竖直向下进入B的瞬间,B恰以υ2 = 0.6m/s的速度向右滑行。设B足够长、足够高且上表面的厚度忽略不计,取g = 10m/s2,A恰能顺次从各个小孔进出B 。试求:

(1)从A第一次进入B至B停止运动的过程中,B通过的总路程s;

(2)B上至少要开多少个小孔,才能保证A始终不与B接触;  

(3)从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为多大?

 

【答案】

(1)0.18m;(2)5;(3)0.1m;0.035m;0.04m;0.005m;

【解析】

试题分析:(1)A在B内、外运动时,B的加速度大小:

a == μg = 1 m/s2                    (1分)

B全过程做匀减速直线运动,所以通过的总路程

s = = 0.18m            (2分)

(2)A第二次进入B之前,在B内运动的加速度大小:

a1 =  = 10 m/s2

运动的时间: t1 = 2 × = 0.2s             (1分)

在B外运动的加速度大小:a2 = = 20 m/s2   

 运动的时间:t2 = 2 ×  = 0.1s            (1分)

A从第一次进入B到第二次进入B的时间:

t = t1 + t2 = 0.3s            (1分)

A运动一个周期B减少的速度为:

△υ = at= 0.3m/s           (1分)

从小球第一次进入B到B停下,A运动的周期数为:

n =  =  = 2

故要保证小球始终不与B相碰,B上的小孔个数至少为:

2n + 1 = 5            (1分)

(3)由于B向右做匀减速直线运动,经0.6s速度减为零,由逆向思维可知,B向左做初速度为零的匀加速直线运动了0.6s,每经过0.1s,其位移大小之比为1∶3∶5∶7∶9∶11,共有(1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11)份即36份,所以,从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为

S1= s = 0.1m          (1分)

S2=s = 0.035m          (1分)

S3=s = 0.04m           (1分)

S4= s = 0.005m            (1分)

考点:带电粒子在电场中的运动、匀变速直线运动公式、牛顿第二定律

 

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