题目内容

(2008?盐城模拟)如图所示,A和B是两个点电荷,电量均为q,A固定在绝缘架上,B放在它的正上方很远距离的一块绝缘板上,现手持绝缘板使B从静止起以加速度a(a<g)竖直向下做匀加速运动.已知B的质量为m,静电力常量为k,求:
(1)B刚开始脱离绝缘板时离A的高度h.
(2)如果B、A起始高度差为第(1)问中高度的3倍,则B在脱离绝缘板前的运动过程中,电场力和板的支持力对B做功的代数和为多少?
分析:(1)当板对B的支持力为零时,B开始脱离绝缘板,根据牛顿第二定律求出B刚开始脱离绝缘板时离A的高度h.
(2)在下降2h的过程中,B做匀加速直线运动,根据运动学公式求出B电荷离板前的动能.对B电荷离板前的运动应用动能定理求出电场力和板的支持力对B做功的代数和.
解答:解:(1)B刚脱离板时,mg-
kq2
h2
=ma
解得h=q
k
m(g-a)
.
(2)B电荷离板前做向下匀加速运动,下降的高度H=2h
由运动学公式得,v2=2aH=4ah
所以B电荷离板前的动能Ek=
1
2
mv2=2mah

对B电荷离板前的运动应用动能定理得,
WG+W支+W电=Ek-0
而WG=2mgh.
所以W支+W电=-2q
km(g-a)
.
答:(1)B刚开始脱离绝缘板时离A的高度为q
k
m(g-a)
.
(2)电场力和板的支持力对B做功的代数和为-2q
km(g-a)
.
点评:本题综合考查了动能定理和牛顿第二定律,知道B离开板前与板具有相同的加速度,B离开板的瞬间支持力为零.
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