题目内容

【题目】如图所示,不带电且绝缘长木板C质量M=3kg,放置于光滑的水平面上,其左端有一大小可忽略质量为m=1kg、且带正电荷量q=2C物块A;正中间放着一个质量也为m=1kg的不带电的绝缘物块B,两物块与木板间的动摩擦因数均为μ=0.4,AB之间的距离L=6m,开始时物块与木板都处于静止状态,现突然在空间中加一向右的E=4V/m的匀强电场,假设A、B之间为弹性碰撞,A、B碰撞电荷不发生转移且A与木板之间电荷也不发生转移,取g=10m/s2.求:

(1)加上电场瞬间,A、B的加速度大小;

(2)A与B第一次碰后瞬间A、B的速度大小;

(3)A与B第一次碰后到B与C恰相对静止时系统电势能变化量及系统产生的热量?

【答案】(1)4m/s2,1m/s2 (2) 2m/s,8m/s (3)△EP=-27.36J, Q=27.36J

【解析】

(1)由牛顿第二定律得:

对A:qE-μmg=ma1,

对B、C整体:μmg=(M+m)a2,

代入数据解得:a1=4m/s2,a2=1m/s2<μg=4m/s2,

A在C上滑动时BC相对静止,加速度相等;

(2)经过时间t时A、B相碰,由运动学公式得:,

代入数据解得:t=2s,

此时:vA=a1t=4×2=8m/s,vB=a2t=1×2=2m/s,

A、B发生弹性碰撞,碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒,

以向右为正方向,由动量守恒定律得:mvA+mvB=mvA′+mvB′,

由机械能守恒定律得:,

代入数据解得:vA′=2m/s,vB′=8m/s;

(3)第一次碰撞后,由牛顿第二定律得:

对B:μmg=ma4,

对C:2μmg=Ma3,

经过时间t′相对静止,由速度公式得:vB′-v共=a4t′,v共-vB=a3t′,

代入数据解得:v共=4.4m/s,t′=0.9s,

这一过程,A对C的相对位移:△xA=(vA′t′+)-(vBt′+)

代入数据解得:△xA=0.54m

B对C的相对位移:△xB=

代入数据解得:△xB=2.7m

产生的热量:Q总=μmg△xA+μmg△xB

代入数据解得:Q总=12.96J

电场力对A做功:W=qE(vA′t′+)

代入数据解得:W=27.36J

电势能的变化量:△EP=-W=-27.36J

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