Question

質(zhì)量m_A=3.0kg、長度L=0.60m、電量q=4.0×10^-5C的導(dǎo)體板A在絕緣水平面上，質(zhì)量m_B=1.0kg可視為質(zhì)點的絕緣物塊B在導(dǎo)體板A上的左端，開始時A、B保持相對靜止一起向右滑動，當(dāng)它們的速度減小到υ₀=3.0m/s時，立即施加一個方向水平向左、場強大小E=1.0×10⁵N/C的勻強電場，此時A的右端豎直絕緣檔板的距離為S，此后A、B始終處在勻強電場中，如圖所示．假定A與擋板碰撞時間極短且無機械能損失，A與B之間（動摩擦因數(shù)μ₁=0.25）及A與地面之間（動摩擦因數(shù)μ₂=0.10）最大靜摩擦力均可認(rèn)為等于其滑動摩擦力，g取10m/s²．試求要使B不從A上滑下，S應(yīng)滿足的條件．

Answer 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受到的滑動摩擦力為f₂，則：f₂=μ₂（m_A+m_B）g=4.0N…②
施加電場后，設(shè)A、B以相同的加速度向右做勻減速運動，加速度大小為a，由牛頓第二定律：
qE+f₂=（m_A+m_B）a…③
解得：a=2.0m/s²
設(shè)B受到摩擦力為f₁，由牛頓第二定律得：f₁=m_Ba…④
解得：f₁=2.0N
由于f₁＜f_1m，所以電場作用后，A、B仍保持相對靜止以相同加速度a向右減速運動
A與擋板碰前瞬間，設(shè)A、B向右的共同速度為υ₁

υ

21

=

υ

20

-2aS…⑤
A與擋板碰后，以A、B系統(tǒng)為研究對象：qE=f₂ …_⑥
故A、B系統(tǒng)動量守恒，設(shè)A、B向左共同速度為υ，規(guī)定向左正方向，有：
m_Aυ₁-m_Bυ₁=（m_A+m_B）υ…⑦
設(shè)該過程中，B相對于A向右的位稱移為S₁，A向左的位移為S₂由系統(tǒng)功能關(guān)系：
qES2-μ1mBgS1-μ2(mA+mB)gS2=

1

2

(mA+mB)υ2-

1

2

(mA+mB)

υ

21

…⑧
A、B達(dá)到共同速度υ后做勻速運動．要使B不從A上滑下，S₁≤L…⑨
由⑤⑥⑦⑧⑨可解得B恰好不滑下A時，S=2m
答：S應(yīng)滿足的條件為S≥2m