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如图所示,水平光滑绝缘轨道MN的左端有一个固定挡板,轨道所在空间存在E=4.0×102?N/C、水平向左的匀强电场.一个质量m=0.10kg、带电荷量q=5.0×10

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解决时间 2021-01-03 06:54
如图所示,水平光滑绝缘轨道MN的左端有一个固定挡板,轨道所在空间存在E=4.0×102?N/C、水平向左的匀强电场.一个质量m=0.10kg、带电荷量q=5.0×10-5?C的滑块(可视为质点)从轨道上与挡板相距x1=0.20m的P点由静止释放,滑块在电场力作用下向左做匀加速直线运动.当滑块与挡板碰撞后,滑块沿轨道向右做匀减速直线运动,运动到与挡板相距x2=0.10m的Q点时,滑块第一次速度减为零.若滑块在运动过程中电荷量始终保持不变,求:
(1)滑块沿轨道向左做匀加速直线运动的加速度的大小;
(2)滑块从P点运动到挡板处的过程中,电场力所做的功;
(3)滑块第一次与挡板碰撞过程中损失的机械能.
最佳答案
解:(1)设滑块沿轨道向左做匀加速运动的加速度为a,此过程滑块所受合外力为
F=qE=2.0×10-2?N
根据牛顿第二定律有????F=ma
解得a=0.20?m/s2.
(2)滑块从P点运动到挡板处的过程中,电场力所做的功
W1=qEx1=4.0×10-3?J.
(3)根据功能关系可知,滑块第一次与挡板碰撞过程中损失的机械能等于滑块由P点运动到Q点过程中电场力所做的功,即
△E=qE(x1-x2)=2.0×10-3?J.
答:(1)滑块沿轨道向左做匀加速直线运动的加速度的大小为a=0.20?m/s2;
(2)滑块从P点运动到挡板处的过程中,电场力所做的功W1=qEx1=4.0×10-3?J;
(3)滑块第一次与挡板碰撞过程中损失的机械能△E=qE(x1-x2)=2.0×10-3?J.解析分析:(1)光滑绝缘的轨道没有摩擦力,滑块水平方向只受电场力作用,根据牛顿第二定律可以求出加速度的大小;
(2)根据功的定义,由滑块在水平方向的位移和电场力求得;
(3)根据功能关系,与挡板碰撞过程中损失的机械能等于电场力作P到Q对滑块所做的功.点评:本题运用功能关系求解分析滑块与挡板碰撞所损失的机械能△E,也可以根据动能定理分过程求解.
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