题目内容
【题目】如图甲所示,一足够长的绝缘竖直杆固定在地面上,带电量为0.01C、质量为0.1kg的圆环套在杆上。整个装置处在水平方向的电场中,电场强度E随时间变化的图像如图乙所示,环与杆间的动摩擦因数为0.5。t=0时,环由静止释放,环所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计空气阻力,g取10m/s2。下列说法正确的是( )
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A.环先做加速运动再做匀速运动
B.2s时环的加速度为5m/s2
C.0~2s内,环的位移小于2.5m
D.0~6s内,环的最大动能为20J
【答案】BCD
【解析】
A.在t=0时刻,圆环所受摩擦力为
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所以开始时刻圆环保持静止,当
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即
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时,摩擦力与重力大小相等,所以圆环从t=1s开始沿着杆向下运动,因为电场力从t=1s时刻到t=3s时刻,逐渐减小,滑动摩擦力也逐渐减小,所以圆环的加速度会增大,物体做加速运动,一直加速到t=5s时刻速度达到最大,从t=5s时刻到t=6s时刻,滑动摩擦力大于重力,加速度方向向上,要做减速运动,故A错误;
B.当t=2s时刻,E=1×102V/m,由牛顿第二定律得
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代入数据解得
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故B正确;
C.假设从t=1s到t=2s这段时间内圆环一直做匀加速直线运动,则0~2s内环的位移为
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故C正确;
D.由题意知当t=5s时刻圆环达到最大速度,根据E-t图得到函数关系为
E=300-100t
由牛顿第二定律得:
mg-μqE=ma
代入数据解得a与t的函数关系为
a=5t-5
即加速度a与时间t也是一次函数,即线性关系,(3s后斜率变为负,因为摩擦力开始增大)依据a-t图象面积的物理意义表示速度的改变量,所以从t=1s到t=5s这段时间内,速度的改变量为
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又因为
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得圆环得最大速度为
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故圆环的最大动能为
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故D正确。
故选BCD。
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