题目内容

如图所示,质量m1=1g、带电量q1=+5×10-7C的小金属块位于绝缘水平面上,匀强电场斜向上与水平面的夹角为53°.现将m1从A点由静止释放经时间t=1s到达B点与处于静止状态的另一带电量q2=-5×10-7C、质量m2=5g的小金属块相碰,碰后m1向左又滑行了S1=0.4m后停下.AB间的距离为L=1.5m,两金属块与水平面间的动摩因数均为μ=0.5,两金属块的库仑力忽略不计.
求:(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2)
(1)电场强度的大小;
(2)AB间电势差;
(3)最终m1与m2的距离.
分析:(1)m向先右做匀加速运动,已知时间、位移、初速度,根据位移公式求出加速度,根据牛顿第二定律求解电场强度的大小.
(2)由公式U=Ed求解AB间电势差.
(3)由速度公式v=at求得碰撞前m1的速度.m1、m2相碰时动量守恒、电荷中和,碰后均不带电.
运用动量守恒定律求出碰后m2的速度,根据动能定理求得对m2碰后向右运动的位移,即可求得两者之间的距离.
解答:解:(1)m1在电场中向右加速前进L的过程中,有
   L=
1
2
at2
  ①
代入数据得:a=3m/s2 ②
根据牛顿第二定律得:
  qEcos53°-f=m1a ③
  qEsin53°+N=m1g  ④
又f=μN ⑤
由①②③④⑤解得:E=
m1(a+μg)
(cos53°-μsin53°)q
,
代入数据得E=16000N/C
(2)AB间电势差UAB=ELcos53°=14400V;
(3)m1、m2相碰时动量守恒、电荷中和,碰后均不带电
碰前A的速度v0为:v0=at=3m/s设碰后m1的速度为v1,m2的速度为v2,前进的距离为S2,最终m1、m2的距离为△S,则有:
m1v0=-m1v1+m2v2 
根据动能定理得:
-μm1gS1=0-
1
2
m1
v
2
1
  
-μm2gS2=0-
1
2
m2
v
2
2

又△S=S1+S2    
由以上各式可解得:△S=0.5m
答:
(1)电场强度的大小是16000N/C;
(2)AB间电势差是14400V;
(3)最终m1与m2的距离是0.5m.
点评:本题按时间顺序运用程序分析是解题的基础,关键把握每个过程所遵守的物理规律,运用牛顿第二定律、运动学公式、动量守恒、动能定理等于力学基本规律处理.
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