题目内容

如图所示,微粒A位于一定高度处,其质量m = 1×10-4kg带电荷量q = + 1×10-6C,塑料长方体空心盒子B位于水平地面上,与地面间的动摩擦因数μ = 0.1。B上表面的下方存在着竖直向上的匀强电场,场强大小E = 2×103N/C,B上表面的上方存在着竖直向下的匀强电场,场强大小为EB上表面开有一系列略大于A的小孔,孔间距满足一定的关系,使得A进出B的过程中始终不与B接触。当Aυ1 = 1m/s的速度从孔1竖直向下进入B的瞬间,B恰以υ2 = 0.6m/s的速度向右滑行。设B足够长、足够高且上表面的厚度忽略不计,取g = 10m/s2A恰能顺次从各个小孔进出B 。试求:

(1)从A第一次进入BB停止运动的过程中,B通过的总路程s

(2)B上至少要开多少个小孔,才能保证A始终不与B接触;  

(3)从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为多大?

解析:(1)AB内、外运动时,B的加速度大小
                a =  = μg = 1 m/s2                    (1分)
B全过程做匀减速直线运动,所以通过的总路程
             s =  = 0.18m                       (2分)

(2)A第二次进入B之前,在B内运动的加速度大小

a1 =  = 10 m/s2     
运动的时间              t1 = 2 ×  = 0.2s             (1分)
B外运动的加速度大小a2 =  = 20 m/s2   
 
运动的时间              t2 = 2 ×  = 0.1s            (1分)
A从第一次进入B到第二次进入B的时间
          t = t1 + t2 = 0.3s                              (1分)
A运动一个周期B减少的速度为
          △υ = at= 0.3m/s                             (1分)
从小球第一次进入BB停下,A运动的周期数为
          n =  =  = 2         
故要保证小球始终不与B相碰,B上的小孔个数至少为

2n + 1 = 5                               (1分)

(3)由于B向右做匀减速直线运动,经0.6s速度减为零,由逆向思维可知,B向左做初速度为零的匀加速直线运动了0.6s,每经过0.1s,其位移大小之比为1∶3∶5∶7∶9∶11,共有(1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11)份即36份,所以,从右到左,B上表面各相邻小孔之间的距离分别为

S1= s = 0.1m          (1分)

S2=s = 0.035m            (1分)

S3=s = 0.04m           (1分)

S4= s = 0.005m            (1分)

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