Question

16．足夠長的粗糙絕緣板A上放一個質量為m、電荷量為+q的小滑塊B．用手托住A置于水平向左、場強大小為E的勻強電場中，此時A、B均能靜止，如圖所示．現(xiàn)將絕緣板A從圖中位置P垂直電場線移至位置Q，發(fā)現(xiàn)小滑塊B相對A發(fā)生了運動．為研究方便可以將絕緣板A的運動簡化成先勻加速接著勻減速到靜止的過程．測量發(fā)現(xiàn)A在豎直方向加速的時間為1.0s，減速的時間為0.5s．P、Q位置高度差為1.5m．已知勻強電場的場強E=$\frac{0.3mg}{q}$，A、B之間動摩擦因數(shù)?=0.4．g=10m/s²．求：
（1）絕緣板A加速和減速的加速度大小分別為多大？
（2）滑塊B最后停在離出發(fā)點水平距離多大處？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)運動學公式列方程求加速和減速的加速度大小；
（2）先以B為研究對象列牛頓第二定律方程然后以A為研究對象列牛頓第二定律方程求出加速度大小，然后根據(jù)位移公式求二者運動的距離，最后由幾何關系求出滑塊B最后停在離出發(fā)點水平距離．

解答 解：（1）設木板A勻加速和勻減速的加速度大小分別為a₁和a₂，勻加速和勻減速的時間分別為t₁和t₂，P、Q高度差為h，
則有：a₁t₁=a₂t₂，h=$\frac{1}{2}$a₁t₁²+$\frac{1}{2}$a₂t₂²，
解得：a₁=2m/s²，a₂=4m/s²；
（2）研究滑塊B，在木板A勻減速的過程中，由牛頓第二定律可得：
豎直方向：mg-N=ma₂，
水平方向：qE-μN=ma₃，
解得：a₃=0.6m/s²，
在這個過程中滑塊B的水平位移大小為：s₁=$\frac{1}{2}$a₃t₂²=$\frac{1}{2}$×0.6×0.5²=0.075m，
A減速結束時，滑塊B的速度：v=a₃t₂=0.6×0.5=0.3m/s，
在木板A靜止后，滑塊B將沿水平方向做勻減速運動，設加速度大小為a₄，由牛頓第二定律得：
μmg-qE=ma₄，
解得：a₄=1m/s²，
該過程中滑板B的水平位移大小為：s₂=$\frac{{v}_{\;}^{2}}{2{a}_{4}^{\;}}=\frac{0．{3}_{\;}^{2}}{2×1}$m=0.045m
最后滑板B靜止時離出發(fā)點的水平距離為：s=s₁+s₁=0.12m；
答：（1）絕緣板A加速和減速的加速度大小分別為$2m/{s}_{\;}^{2}$、$4m/{s}_{\;}^{2}$
（2）滑塊B最后停在離出發(fā)點水平距離0.12m

點評 本題考查了牛頓第二定律在連接體問題中的應用，關鍵是列牛頓第二定律方程時正確的選取研究對象受力分析，分析清楚物體的運動過程是正確解題的關鍵．