题目内容

如图所示,半径为R的1/4光滑圆弧轨道竖直放置,下端恰与金属板上表面平滑连接。金属板置于水平地面上,板足够长,质量为5m,均匀带正电q;现有一质量为m的绝缘小滑块(可视为质点),由轨道顶端无初速释放,滑过圆弧轨道后滑到金属板上。空间存在竖直向上的匀强电场,场强E=6mg/q;已知滑块与金属板上表面、金属板与地面间的动摩擦因数均为μ;重力加速度为g。试求:

(1)滑块滑到圆弧轨道末端时的速度

(2)金属板在水平地面上滑行的最终速度v

(3)若从滑块滑上金属板时开始计时,电场存在的时间为t,求电场消失后,金属板在地面上滑行的距离st的关系。

 解:(1)滑块滑到轨道末端,有…………………………………………(2分)

可得,滑块速度为  ……………………………………………(2分)

(2)滑块滑上金属板瞬间,金属板竖直上受力 ,可知板不受地面摩擦力,滑块与金属板组成的系统动量守恒。………………………………(1分)

               ……………………………………………………………(2分)

 可得金属板在水平地面上滑行的最终速度为 …………………(1分)

(3)设ts末滑块与金属板恰好共速,则对滑块,有

    又 ……………………………………………………(2分

可得运动时间 …………………………………………………………(1分)

①当时,滑块和金属板一起向右匀减速运动至静止,有

      …………………………………(1分)

则可得金属板滑行距离 ……………………………………………………(1分)

②当时,电场消失时,滑块与金属板未共速,则此时对金属板有

 ……………………………………………………………………(1分)

ts后电场消失,金属板水平方向上受力减速,得,又滑块此时速度大于板,加速度则与板相同。可知板先减速至速度为0后静止。(注:有判断出板先减速至0后静止则得分,不一定需要说明理由)………………………(1分)

对金属板,有  …………………………………………………………(1分)

可得金属板滑行距离 ……………………………………………………(1分)

综上所述,当时,电场消失后金属板滑行距离

             当时,电场消失后金属板滑行距离……………(1分)

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