题目内容

(2011?门头沟区一模)如图所示,挡板P固定在足够高的水平桌面上,小物块A和B大小可忽略,它们分别带有+QA和+QB的电荷量,质量分别为mA和mB.两物块由绝缘的轻弹簧相连,一不可伸长的轻绳跨过滑轮,一端与B连接,另一端连接一轻质小钩,整个装置处于方向水平向左的匀强电场中,电场强度为E.开始时A、B静止,已知弹簧的劲度系数为k,不计一切摩擦及A、B间的库仑力,A、B所带电荷量保持不变,B一直在水平面上运动且不会碰到滑轮.
(1)开始A、B静止时,求挡板P对物块A的作用力大小和弹簧弹力大小的比值;
(2)若在小钩上挂一质量为M的物块C并由静止释放,当物块C下落到最大距离时物块A对挡板P的压力刚好为零,试求物块C下落的最大距离;
(3)若C的质量改为2M,则当A刚离开挡板P时,B的速度多大?
分析:(1)分别对AB整体、物体B受力分析,根据平衡条件列方程求解即可;
(2)初始状态弹簧处于压缩状态,形变量为 x1,物块A对挡板P的压力恰为零,但不会离开P,此时A、B、C连同弹簧组成的系统共同瞬间静止,A所受电场力与弹簧的弹力大小相等,方向相反,可求弹簧的伸长量x2,两者之和也就是C物体的下降距离,此过程中C重力是能的减少量恰等于弹簧弹性势能与B电势能的增量之和.
(3)若C的质量改为2M,则当A刚离开挡板P时,弹簧的伸长量仍为x2,但此时A物体静止但B、C两物体的速度相等且不为零,此过程中C物体重力势能减少量等于B物体机械能和电势能的增量、弹簧弹簧弹性势能增量及系统动能的增量之和.
解答:解:(1)对系统AB,挡板P对物块A的作用力F1=(QA+QB)E
对B物体,弹簧弹力F2=QBE
解得:
F1
F2
=
QA+QB
QB

(2)开始时弹簧被压缩的形变量为x1,由平衡条件:kx1=EQB
设当A刚离开档板时弹簧被拉伸的形变量为x2,由平衡条件:kx2=EQA          
故C下降的最大距离为:h=x1+x2 
由①~③式可解得h=
E
k
(QA+QB)
                                    
(3)由能量守恒定律可知:
当C的质量为M时:Mgh=QBEh+△E弹                           
当C的质量为2M时,设A刚离开挡板时B的速度为V
2Mgh=QBEh+△E弹+
1
2
(2M+mB)v2
                             
解得A刚离开P时B的速度为:
v=
2MgE(QA+QB)
k(2M+mB)

答:(1)开始A、B静止时,挡板P对物块A的作用力大小和弹簧弹力大小的比值为
QA+QB
QB
;
(2)物块C下落的最大距离为
E
k
(QA+QB)
;
(3)若C的质量改为2M,则当A刚离开挡板P时,B的速度为
2MgE(QA+QB)
k(2M+mB)
.
点评:本题过程较繁杂,涉及功能关系多,有弹性势能、电势能、重力势能等之间的转化,全面考察了学生综合分析问题能力和对功能关系的理解及应用,难度较大.对于这类题目在分析过程中,要化繁为简,即把复杂过程,分解为多个小过程分析,同时要正确分析受力情况,弄清系统运动状态以及功能关系.
练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网