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s与t的关系。
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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)