在水平面上方空間加一方向水平向右的勻強電場,電場強度為
N/C,使A由靜止釋放后向左滑動并與B發生碰撞,碰撞的時間極短,碰撞后兩滑塊結合在一起共同運動,與墻壁發生碰撞時沒有機械能損失,兩滑塊都可以視為質點。已知水平面OQ部分粗糙,其余部分光滑,兩滑塊與粗糙水平面OQ間的動摩擦因數均為μ=0.50,假設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,取g=10m/s2。求:
(1)A經過多少時間與B相碰?相碰結合后的速度是多少?
(2)AB與墻壁碰撞后在水平面上滑行的過程中,離開墻壁的最大距離是多少?
(3)A、B相碰結合后的運動過程中,由于摩擦而產生的熱是多少?通過的總路程是多少?
????????????????????????????(2分)
?????????????????????????????(2分)
解得
s??????????????????????????????(1分)
m / s
滑塊A、B碰撞的過程中動量守恒,即
?????????(2分)
m / s?????????????????????????????(1分)
(2)兩滑塊共同運動,與墻壁發生碰撞后返回,第一次速度為零時,兩滑塊離開墻壁的距離最大,設為
,在這段過程中,由動能定理得
?????????????(3分)
解得
m???????????????????????????(1分)
(3)由于
N,
N,
,即電場力大于滑動摩擦力,AB向右速度為零后在電場力的作用下向左運動,最終停在墻角O點處,設由于摩擦而產生的熱為Q,由能量守恒得
J?????????????????????(2分)
設AB第二次與墻壁發生碰撞后返回,滑塊離開墻壁的最大距離為
,假設L2<s,在這段過程中,由動能定理得
解得L2≈0.064m
L2<s=0.15m ,符合假設,即AB第二次與墻壁發生碰撞后返回停在Q點的左側,以后
只在粗糙水平面OQ上運動。????????????????????????(2分)![]()
設在粗糙水平面OQ部分運動的總路程s1,則
??????(2分)![]()
s1=0.6m???????????????????????????????(1分)![]()
設AB相碰結合后的運動過程中通過的總路程是s2,則![]()
???????????????????????????(2分)![]()
m??????????????????????????????(1分)![]()
另解:(2)從Q點到與墻壁發生碰撞后返回Q點,設返回Q點時速度為v3,則![]()
?????????????????(2分)![]()
m/s。 過Q點向右還能運動s1,則
??(1分)![]()
s1=0.075m。
m??????????????????(1分)![]()
(3) 設AB靠近墻壁過程的加速度為a1, 遠離墻壁過程的加速度為a2,則![]()
5/3m/s2,
35/3m/s2???????????????????????(1分)![]()
設第三次、第四次……第n次與墻壁發生碰撞后返回,滑塊離開墻壁的最大距離分別為L3、L4…Ln,則第二次返回與第三次遠離過程中
??????????(1分)
同理得![]()
……,
???????(1分)
,……,
??????(1分)
AB相碰結合后的運動過程中通過的總路程是
……![]()
![]()
=
m?????????????????????????????(2分)
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