作业帮 > 综合 > 作业

如图所示,一个上表面绝缘、质量为mA=1kg的不带电小车A置于光滑的水平面上,其左端放置一质量为mB=0.5kg、带电量

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/05/15 15:05:25
如图所示,一个上表面绝缘、质量为mA=1kg的不带电小车A置于光滑的水平面上,其左端放置一质量为mB=0.5kg、带电量为q=1.0×10-2C的空盒B,左端开口.小车上表面与水平桌面相平,桌面上水平放置着一轻质弹簧,弹簧左端固定,质量为mC=0.5kg的不带电绝缘小物块C置于桌面上O点并与弹簧的右端接触,此时弹簧处于原长,现用水平向左的推力将C缓慢推至M点(弹簧仍在弹性限度内)时,推力做的功为WF=6J,撤去推力后,C沿桌面滑到小车上的空盒B内并与其右壁相碰,碰撞时间极短且碰后C与B粘在一起.在桌面右方区域有一方向向左的水平匀强电场,电场强度大小为E=1×102N/m,电场作用一段时间后突然消失,小车正好停止,货物刚好到达小车的最右端.已知物块C与桌面间动摩擦因数μ1=0.4,空盒B与小车间的动摩擦因数μ2=0.1,OM间距s1=5cm,O点离桌子边沿N点距离s2=90cm,物块、空盒体积大小不计,g取10m/s2.求:

(1)物块C与空盒B碰后瞬间的速度v;
(2)小车的长度L;
(3)电场作用的时间t.
(1)对物块C由O→M→N应用动能定理,设C运动到N点速度大小为v0得:
WF1mcg(2s1+s2)=
1
2mcv02
解得:v0=

2WF
mc−2μ1g(2s1+s2)=4m/s
C与空盒B右壁相碰,动量守恒:mcv0=(mc+mB)v   
解得:v=
v0
2=2m/s
(2)C与B碰后可看作一整体,令m=mc+mB=1kg,则BC整体和小车加速度分别为:
a1=
qE+μ2mg
m=2m/s2;a2=
μ2mg
mA=1m/s2
设经过t1时间后B与C整体与小车A速度相等,此过程中二者位移分别为x1、x2,以后二者相对静止.
v-a1t1=a2t1
解得:t1=
v
a1+a2=
2
3s
x1=vt1-
1
2a1t12=
8
9m
x2=
1
2a2t12=
2
9m
故小车长度为:L=x1-x2=
2
3m=0.67m
(3)由题意及上问知速度相等后BC与小车以共同加速度一起做匀减速运动,最终速度为零,
v=a2t1=
2
3m/s;
a=
qE
m+mA=
1
2m/s2
运动的时间为:t2=
v共
a共=
4
3s
故电场作用的时间为t=t1+t2=2s
答:(1)物块C与空盒B碰后瞬间的速度为2m/s;
(2)小车的长度为0.67m;
(3)电场作用的时间为2s.