题目内容

5.如图所示,小车A的质量M=2kg,置于光滑水平面上,初速度为v0=14m/s.质量m=0.1kg,带正电荷q=0.2C可视为质点的物体B,轻放在小车A的右端,A、B所在的空间存在着匀强磁场,方向垂直纸面向里,磁感应强度B=0.5T,物体与小车之间有摩擦力作用,设小车足够长,小车表面是绝缘的.(g=10m/s2)求:
(1)B物体的最大速度;
(2)小车A的最小速度;
(3)在此过程中系统增加的内能.

分析 (1、2)当B物体对A物体压力为零时,A、B无摩擦力,B将做匀速直线运动,此时B的速度最大、A的速度最小.根据竖直方向上平衡求出B的速度,通过动量守恒定律求出A的速度.
(3)根据能量守恒定律求出系统增加的内能.

解答 解:(1)(1)若AB能相对静止,取水平向右为正方向,由动量守恒定律有:
Mv0=(m+M)v1
代入数据解得:v1=$\frac{40}{3}$m/s
物体所受的洛伦兹力大小为:
f=qv1B=0.2×$\frac{40}{3}$×0.05N=$\frac{4}{3}$N>mg
显然AB没有达到相对静止就分离了,设B的最大速度是vm,则有:qvmB=mg
解得:vm=$\frac{mg}{qB}$=$\frac{1}{0.2×0.5}$m/s=10m/s
(2)根据动量守恒定律得:
Mv0=mvm+MvA
解得A的最小速度为:vA=$\frac{2×14-0.10×10}{2}$m/s=13.5m/s.
(3)根据能量守恒定律得,系统增加的内能为:
△E=$\frac{1}{2}$Mv02-$\frac{1}{2}$MvA2-$\frac{1}{2}$mvm2=$\frac{1}{2}$×2×142-$\frac{1}{2}$×2×13.52-$\frac{1}{2}$×0.1×102=8.75J.
答:(1)B物体的最大速度是10m/s;
(2)小车A的最小速度是13.5m/s;
(3)系统增加的内能是8.75J.

点评 解决本题的关键理清A、B的运动情况,确定何时A的速度最小,B的速度最大,结合动量守恒定律和能量守恒定律进行求解.

练习册系列答案
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18.利用如图1所示实验装置验证重物自由下落过程中机械能守恒定律.在实验中,
(1)现有器材:打点计时器、学生电源、铁架台(包括铁夹)、纸带、重物、秒表、导线若干,其中此实验不需要使用的器材是:秒表,还需要补充的器材是:刻度尺;
(2)实验操作步骤如下,请将步骤B补充完整:
A.按实验要求安装好实验装置;
B.使重物靠近打点计时器,接着先接通电源后释放纸带,打点计时器在纸带上打下一系列的点;
C.图2为一条符合实验要求的纸带,O点为打点计时器打下的第一点.分别测出若干连续点A、B、C、…与O点之间的距离h1、h2、h3、….

(3)已知打点计时器的打点周期为T,重物质量为m,重力加速度为g,结合实验中所测得的h1、h2、h3,可得重物下落到B点时的速度大小为$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$,纸带从O点下落到B点的过程中,重物增加的动能为$\frac{m({h}_{3}-{h}_{1})^{2}}{8{T}^{2}}$,减少的重力势能为mgh2.
(4)取打下O点时重物的重力势能为零,某同学计算出该重物下落不同高度h 时所对应的动能Ek和重力势能Ep,建立坐标系,横轴表示下降高度h,纵轴表示Ek和Ep,根据测得的数据在图3中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ,发现图线Ⅰ和图线Ⅱ斜率的绝对值近似相等,说明在误差允许的范围内,重物自由下落过程中机械能守恒.

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