Question

質(zhì)量m_A=3.0kg、長(zhǎng)度L=0.70m、電量q=+4.0×10^-5C的導(dǎo)體板A在足夠大的絕緣水平面上，質(zhì)量m_B=1.0kg可視為質(zhì)點(diǎn)的絕緣物塊B在導(dǎo)體板A的左端，開(kāi)始時(shí)A、B保持相對(duì)靜止一起向右滑動(dòng)，當(dāng)它們的速度減小到v₀=3.0m/s時(shí)，立即施加一個(gè)方向水平向左、場(chǎng)強(qiáng)大小E=1.0×10⁵N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)，此時(shí)A的右端到豎直絕緣擋板的距離為S=2m，此后A、B始終處在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，如圖所示，假定A與擋板碰撞時(shí)間極短且無(wú)機(jī)械能損失，A與B之間（動(dòng)摩擦因數(shù)μ₁=0.25）及A與地面之間（動(dòng)摩擦因數(shù)μ₂=0.10）的最大靜摩擦力均可認(rèn)為等于其滑動(dòng)摩擦力，g取10m/s²（不計(jì)空氣的阻力）求：
（1）剛施加勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，物塊B的加速度的大小？
（2）導(dǎo)體板A剛離開(kāi)擋板時(shí)，A的速度大��？
（3）B能否離開(kāi)A，若能，求B剛離開(kāi)A時(shí)，B的速度大小；若不能，求B與A的左端的最大距離？

Answer 1

解：（1）設(shè)B受到的最大靜摩擦力為f_1m，則f_1m=μ₁m_Bg=2.5N． ①
設(shè)A受到地面的滑動(dòng)摩擦力的f₂，則f₂=μ₂（m_A+m_B）g=4.0N． ②
施加電場(chǎng)后，設(shè)A、B以相同的加速度向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a，
由牛頓第二定律，有：
qE+f₂=（m_A+m_B）a ③
解得：a=2.0m/s²
設(shè)B受到的摩擦力為f₁，由牛頓第二定律得f₁=m_Ba，④
解得：f₁=2.0N．因?yàn)閒₁＜f₁m，可知電場(chǎng)作用后，A、B仍保持相對(duì)靜止以相同加速度a向右做勻減速運(yùn)動(dòng)．
所以剛加上勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，B的加速度大小a=2.0m/s²
（2）A與擋板碰前瞬間，設(shè)A、B向右的共同速度為v₁，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，有：
⑤
解得：v₁=1m/s
A與擋板碰撞無(wú)機(jī)械能損失，故A剛離開(kāi)擋板時(shí)速度大小為v₁=1m/s
（3）A與擋板碰后，以A、B系統(tǒng)為研究對(duì)象，qE=f₂ ⑥
故A、B系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)A、B向左共同速度為v，規(guī)定向左為正方向，得：
m_Av₁-m_Bv₁=（m_A+m_B）v ⑦
設(shè)該過(guò)程中，B相對(duì)于A向右的位移為s₁，由系統(tǒng)功能關(guān)系得：
⑧
解得：s₁=0.60m，因s₁＜L，所以B不能離開(kāi)A．
B與A的左端的最大距離為s₁=0.60m；
答：（1）剛施加勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，物塊B的加速度的大小2.0m/s²；
（2）導(dǎo)體板A剛離開(kāi)擋板時(shí)，A的速度大小為1m/s；
（3）B不能否離開(kāi)A，B與A的左端的最大距離為0.60m．
分析：（1）先采用假設(shè)法，即假設(shè)滑塊與滑板無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，根據(jù)整體法求解出加速度，再采用隔離法求解出滑塊與滑板間的靜摩擦力，判斷有無(wú)矛盾；
（2）A與擋板碰前做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度位移關(guān)系公式列式求解；
（3）先假設(shè)B不能否離開(kāi)A，根據(jù)動(dòng)量守恒定律求解共同速度，根據(jù)功能關(guān)系求解相對(duì)位移，然后判斷是否滑下．
點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵是明確滑塊和滑板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以用整體法求解加速度，用隔離法求解系統(tǒng)內(nèi)力；第三問(wèn)要綜合動(dòng)量守恒定律和功能關(guān)系列式球，較難．