Question

質(zhì)量m_A=3.0kg、長(zhǎng)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(diǎn)的絕緣物塊B在導(dǎo)體板A上的左端，開始時(shí)A、B保持相對(duì)靜止一起向右滑動(dòng)，當(dāng)它們的速度減小到υ₀=3.0m/s時(shí)，立即施加一個(gè)方向水平向左、場(chǎng)強(qiáng)大小E=1.0×10⁵N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)，此時(shí)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(qiáng)電場(chǎng)中，如圖所示．假定A與擋板碰撞時(shí)間極短且無(wú)機(jī)械能損失，A與B之間（動(dòng)摩擦因數(shù)μ₁=0.25）及A與地面之間（動(dòng)摩擦因數(shù)μ₂=0.10）最大靜摩擦力均可認(rèn)為等于其滑動(dòng)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(dòng)摩擦力為f₂，則：f₂=μ₂（m_A+m_B）g=4.0N…②
施加電場(chǎng)后，設(shè)A、B以相同的加速度向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)作用后，A、B仍保持相對(duì)靜止以相同加速度a向右減速運(yùn)動(dòng)
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(duì)象：qE=f₂ …_⑥
故A、B系統(tǒng)動(dòng)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(guò)程中，B相對(duì)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(yùn)動(dòng)．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(shí)，S=2m
答：S應(yīng)滿足的條件為S≥2m