题目内容

如图所示,直角坐标系xOy,X轴正方向沿着绝缘粗糙水平面向右,y轴正方向竖直向上。空间充满沿X轴负方向、的匀强电场。一个质量、电量的带正电的物块(可作为质点),从O点开始以v0=10.0m/s的初速度沿着X轴正方向做直线运动,物块与水平面间动摩擦因数=0.5,g=10m/s2

(1) 求带电物体在t=0.8s内通过的位移x

(2) 若在0.8s末突然将匀强电场的方向变为沿y轴正方向,场强大小保持不变。求在0〜1.0s内带电物体电势能的变化量

 

 

 

 

 

解:

(1)设带电物块向右做匀减速直线运动过程中,加速度大小为a1,时间为t1,通过的位移为x1,则

Eq+μmg = ma1  1分

t1 = v0/a1    -1分

x1 = v02/2a1    1分

解得a1 = 25 m/s2­,t1= 0.4 s,x1 = 2 m

t1= 0.4 s之后,带电物块向左做匀加速直线运动,设加速度大小为a2,时间为t2,通过的位移为x2,则

Eq–μmg = ma2      1分

t2= t – t1        1分

x2 = a2t22 =1.2m     1分

解得a2 = 15m/s2,t2=0.4 s,x2 =1.2m

x= x1– x2=0.8m,方向水平向右。    2分

(2)设0.8s内电场力做功为W 1,则

W1=–Eqx=–3.2×102J     1分

0.8s后,设带电物块受到竖直向上的电场力为F,且F= Eq= 4.0×102N>mg,所以,带电物块开始在水平方向做的匀速运动,竖直方向做初速为零的匀加速运动,设加速度为a3,在竖直方向的位移为y,电场力做功为W 2,则

F – mg = ma   1分

t3= 1.0 – t1    1分

y =a3t32      1分

W2 = Eqy    1分

a3=10 m/s2,t3=0.2 s,y = 0.2 m,W2 = 8.0×103J

设0~1.0s内电场力对带电物块所做的总功为W,则

W = W1+ W2=–2.4×102J   1分

即△E=–W = 2.4×102J   2分

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