题目内容

如图所示,质量M=3.0kg的小车静止在光滑的水平面上,AD部分是表面粗糙的水平导轨,DC部分是光滑的圆弧形导轨.整个导轨是由绝缘材料制成并处于B=1.0T垂直纸面向里的匀强磁场中.今有一质量m=1.0kg的金属块(可视为质点),带q=2.0×103C的负电,以v0=8m/s的速度冲上小车,当将要过D点时,对水平导轨的压力为9.81N(g取9.8m/s2).

(1)求m从A到D过程中,系统的机械能损失多少?

(2)若m通过D点时立即撤去磁场,这以后小车能获得的最大速度是多少?

 

答案:见详解
解析:

(1)由于洛伦兹力作用,金属块对车面压力增大,若达D时速度为v1,则

qv1B+mg=N

v1===5.0m/s

设此时小车速度为V1,金属块由A→D动量守恒,则:mv0=mv1+MV1

得V1=1.0m/s

ΔE=mv02-mv12-MV12

ΔE=18J.

(2)在金属块冲上圆弧和返回D点过程中,小车总被加速,所以m返回D时小车速度最大,此过程中水平动量守恒和机械能守恒

mv1+MV1=mv2+MV2

mv12+MV12=mv22+MV22

联立解得:V2=1m/s(舍去),V2=3m/s.


提示:


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