题目内容
7.如图所示,在界限MN左上方,存在斜向左下与水平方向夹角为45°的匀强电场,场强大小E=$\sqrt{2}$×105V/m.一半径为R=0.8m的$\frac{1}{4}$光滑绝缘圆弧凹槽固定在水平地面上.一个可视为质点,质量m=0.2kg、电荷量大小q=1×10-5C的带正电金属物块P从槽顶端A由静止释放,从槽底端B冲上与槽底端平齐的绝缘长木板Q.长木板Q足够长且置于光滑水平地面上,质量为M=1kg.已知开始时长木板有一部分置于电场中,图中C为界限MN与长木板Q的交点,B、C间的距离SBC=0.6m,物块P与木板Q间的动摩擦因数为μ=$\frac{1}{3}$,取g=10m/s2,求:(1)物块P从A点滑到B时速度的大小;
(2)物块P从B点滑上木板Q后到离开电场过程所经历的时间;
(3)物块P从B点滑上木板Q后到离开电场的过程中摩擦生的热.
分析 (1)物块P从A点滑到B的过程,运用能量守恒定律可以求出到B时速度的大小.
(2)物块P从B点滑到Q的过程,应用牛顿第二定律求出加速度,应用速度位移公式与速度公式求出时间.
(3)由功的计算公式求出摩擦产生的热量.
解答 解:(1)金属块从A到B过程,电场力做功为零,电势能不变,由能量守恒定律得:
mgR=$\frac{1}{2}$mvB2
代入数据解得:vB=4m/s;
(2)由牛顿第二定律得:μ(qEcos45°+mg)+qEsin45°=ma,
由速度位移公式得:vB2-vC2=2axBC,
代入数据解得:a=10m/s2,vC=2m/s,
时间:t=$\frac{{v}_{B}-{v}_{C}}{a}$=$\frac{4-2}{10}$s=0.2s;
(3)金属块P在电场中运动时,木板的加速度大小 aQ=$\frac{f′}{M}$=1m/s2,所以物块P刚离开电场时,Q板的速度为
v2=aQt=0.2 m/s物块P离开电场后,系统动量守恒,Q板足够长,设P、Q最终共速为v,取向右为正方向,由动量守恒定律有
mv1+Mv2=(m+M)v
解出v=0.5 m/s
由能量转化与守恒定律,全过程摩擦产生热量
Q=mgR-$\frac{1}{2}$(m+M)v2-W电
电场力只在BC段对金属块P做功,
W电=F电xBCcos45°=0.6 J
故Q=0.85 J
答:
(1)金属块P从A点滑到B点时的速度的大小为4m/s;
(2)金属块P从B点滑上木板Q后到离开电场过程所经历的时间为0.2s;
(3)金属块P从滑上Q到离开电场的过程中摩擦产生的热量为0.85J.
点评 本题考查了求速度、运动时间、产生的热量,分析清楚物体运动过程、应用机械能守恒定律、牛顿第二定律、运动学公式、功的计算公式即可正确解题.
| A. | P较Q先回到平衡位置 | |
| B. | 再经过$\frac{1}{4}$T,两个质点到平衡位置的距离相等 | |
| C. | 任意时刻,两个质点的速度相同 | |
| D. | 任意时刻,两个质点的加速度大小相等,方向相反 |
| A. | 甲在B点的速率等于乙在B'点的速率 | |
| B. | 甲先停止运动 | |
| C. | 都停止运动时,甲离O端比乙远 | |
| D. | 整个过程,甲的滑行的总路程比乙短 |