如图所示,A是置于光滑水平面上的表面绝缘、质量m1="1"kg的小车,小车的左端放置有一个可视为质点的、质量m2=2kg、电荷量q=+1×10-4C的小物块B,距小车右端s=2m处有一竖直的

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,A是置于光滑水平面上的表面绝缘、质量m1="1" kg的小车,小车的左端放置有一个可视为质点的、质量m2=2 kg、电荷量q=+1×10-4 C的小物块B,距小车右端s=2 m处有一竖直的墙壁。小车所在空间有一个可以通过开关控制其有、无的水平向右的匀强电场,电场强度的大小为E=3×104N/C。若小车A和小物块B一起由静止开始运动,且在小车与墙壁碰撞的瞬间撤去电场;碰撞时间忽略不计,碰撞过程无机械能的损失;小物块B始终未到达小车A的右端,它们之问的动摩擦因数=0.2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。小车不带电,g取10 m/s2。求:
(1)有电场作用时小车A所受的摩擦力大小和方向?
(2)小车A第一次与墙壁相碰后向左运动的最远距离为多少?
(3)小车A第二次与墙壁相碰时的速度为多少?
(4)要使小物块B最终不滑离小车A,小车的长度至少多长?

◎ 答案

(1)假设小车A与小物块B相对静止,以A、B整体为研究对象
由牛顿第二定律得qE=(m1+m2)a   (1分)
解得a=1 m/s2   (1分)
再以小车A为研究对象,设它受到的静摩擦力为,A、B之间的最大静摩擦力为
由牛顿第二定律得   (2分)
<,故假设成立。小车A所受的摩擦力大小为1N,方向水平向右  (2分)
(2)设小车A和小物块B第一次与墙壁相碰前瞬间的速度为
由运动学规律有  (1分)
解得   (1分)
小车A与墙壁相碰后瞬间速度大小不变,方向向左,小物块B速度不变。由于B的动
量大于A的动量,因此A向左做匀减速运动的速度减为零时,向左运动的距离最远,设这个距离为
由动能定理有   (1分)
解得  (2分)
(3)接着小车A又向右做初速度为零的匀加速运动,假设小车A和小物块B先达到共同速度后再与墙壁相碰,且设第二次与墙壁相碰前瞬间的速度为
由动量守恒定律得   (2分)
解得   (1分)
设小车A由速度为零到达到共同速度所通过的距离为s2
由动能定理有  (1分)
解得,所以,假设成立   (1分)
 (4)小车A与小物块B最终将停止在墙角处,设小车至少长L
由能量守恒定律得  (2分)
代入数据得L="1.5" m   (2分)

◎ 解析

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,A是置于光滑水平面上的表面绝缘、质量m1="1"kg的小车,小车的左端放置有一个可视为质点的、质量m2=2kg、电荷量q=+1×10-4C的小物块B,距小车右端s=2m处有一竖直的…”主要考查了你对  【动量守恒定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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