Question

如圖，水平光滑絕緣軌道MN的左端有一固定絕緣擋板，軌道所在空間存在水平向左、E=4×10²N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)．一個(gè)質(zhì)量m=0.2kg、帶電荷量q=5.0×10^-5C的滑塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），從軌道上與擋板相距x₁=0.2m的P點(diǎn)由靜止釋放，滑塊在電場(chǎng)力作用下向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．當(dāng)滑塊與擋板碰撞后滑塊沿軌道向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到與擋板相距x₂=0.1m的Q點(diǎn)，滑塊第一次速度減為零．若滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中，電荷量始終保持不變，求：
（1）滑塊由靜止釋放時(shí)的加速度大小a；
（2）滑塊從P點(diǎn)第一次達(dá)到擋板時(shí)的速度大小v；
（3）滑塊與擋板第一次碰撞的過程中損失的機(jī)械能△E．

Answer 1

分析：（1）光滑絕緣的軌道沒有摩擦力，滑塊水平方向只受電場(chǎng)力作用，根據(jù)牛頓第二定律可以求出加速度的大小；
（2）對(duì)向左加速過程運(yùn)用動(dòng)能定理列式求解即可；
（3）根據(jù)功能關(guān)系，與擋板碰撞過程中損失的機(jī)械能等于電場(chǎng)力作P到Q對(duì)滑塊所做的功．

解答：解：（1）設(shè)滑塊沿軌道向左做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律有：
qE=ma                      
代入數(shù)據(jù)得：a=

qE

m

=

5×10-5×4×102

0.2

=0.1m/s²．      
（2）滑塊從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到擋板處的過程中，由動(dòng)能定理有：
qEx₁=

1

2

mv²
代入數(shù)據(jù)有：v=

2qEx1 m

=

2×5×10-5×4×102×0.2 0.2

=0.2m/s
（3）滑塊第一次與擋板碰撞過程中損失的機(jī)械能等于滑塊由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)過程中電場(chǎng)力所做的功，即：
△E=qE（x₁-x₂）=2×10^-3J．
答：（1）滑塊由靜止釋放時(shí)的加速度大小a為0.1m/s²；（2）滑塊從P點(diǎn)第一次達(dá)到擋板時(shí)的速度大小為0.2m/s；
（3）滑塊與擋板第一次碰撞的過程中損失的機(jī)械能△E為2×10^-3J．

點(diǎn)評(píng)：本題運(yùn)用功能關(guān)系求解分析滑塊與擋板碰撞所損失的機(jī)械能△E，也可以根據(jù)動(dòng)能定理分過程求解．