Question

(18分)、如圖所示，絕緣水平面上相=1.6m的空間內(nèi)存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)量=0.1kg、帶電量=+1×的滑塊 (視為質(zhì)點(diǎn)) 以=4m／s的初速度沿水平面向右進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域，滑塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.4，設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等。(g取10m/)

(1) 如果滑塊不能離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度的取值范圍多大。 

(2) 如果滑塊能離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，請(qǐng)根據(jù)有關(guān)計(jì)算討論后在坐標(biāo)中畫(huà)出電場(chǎng)力對(duì)滑塊所做的功與電場(chǎng)力的關(guān)系圖象。

 

Answer 1

【答案】

(1) (2)W=0                             

【解析】(1)小滑塊在摩擦力和電場(chǎng)力的作用下，向右做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a，依題意和牛頓第二定律，有：

                             ①……

又：                                 ②……

                                   ③……3分

若小滑塊不會(huì)從右側(cè)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，由勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有：

                               ④……

聯(lián)立①②③④并代入數(shù)據(jù)得：  ⑤……3分

若小滑塊不會(huì)從左側(cè)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，必須滿(mǎn)足：

≤f                                   ⑥……

②⑤⑥可得：        ⑦……2分

(2)如果小滑塊會(huì)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，電場(chǎng)力F必須滿(mǎn)足:

F=qE= 1×10^-7×10⁶≤0.1N             ⑧……

或   F=qE = 1×10^-7×4×10⁶＞0.4N             ⑨……2分

若F≤0.1N，小滑塊將從右側(cè)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，此過(guò)程小滑塊在電場(chǎng)中的位移s=1.6m，則電場(chǎng)力做功                      ⑩……2分

若F＞0.4N，小滑塊將從左側(cè)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，此過(guò)程小滑塊在電場(chǎng)中的位移s=0，電場(chǎng)力做功為0，即W=0                              ……2分

評(píng)分說(shuō)明：正確作圖共4分

本題結(jié)合電場(chǎng)力考查牛頓第二定律的應(yīng)用，小滑塊在摩擦力和電場(chǎng)力的作用下，向右做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，判斷出摩擦力方向，由牛頓第二定律可求得加速度大小，如果小滑塊不會(huì)從右側(cè)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，由勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律可求得加速度取值范圍，同時(shí)得到電場(chǎng)強(qiáng)度的取值范圍，如果小滑塊不會(huì)從左側(cè)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，必須滿(mǎn)足電場(chǎng)力小于等于最大靜摩擦力，從而求得場(chǎng)強(qiáng)取值范圍，同理如果小滑塊會(huì)離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域，電場(chǎng)力F必須小于等于0.1N或大于0.4N，根據(jù)這兩個(gè)范圍確定電場(chǎng)力做功的大小