在水平面上方空间加一方向水平向右的匀强电场,电场强度为
N/C,使A由静止释放后向左滑动并与B发生碰撞,碰撞的时间极短,碰撞后两滑块结合在一起共同运动,与墙壁发生碰撞时没有机械能损失,两滑块都可以视为质点。已知水平面OQ部分粗糙,其余部分光滑,两滑块与粗糙水平面OQ间的动摩擦因数均为μ=0.50,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g=10m/s2。求:
(1)A经过多少时间与B相碰?相碰结合后的速度是多少?
(2)AB与墙壁碰撞后在水平面上滑行的过程中,离开墙壁的最大距离是多少?
(3)A、B相碰结合后的运动过程中,由于摩擦而产生的热是多少?通过的总路程是多少?
????????????????????????????(2分)
?????????????????????????????(2分)
解得
s??????????????????????????????(1分)
m / s
滑块A、B碰撞的过程中动量守恒,即
?????????(2分)
m / s?????????????????????????????(1分)
(2)两滑块共同运动,与墙壁发生碰撞后返回,第一次速度为零时,两滑块离开墙壁的距离最大,设为
,在这段过程中,由动能定理得
?????????????(3分)
解得
m???????????????????????????(1分)
(3)由于
N,
N,
,即电场力大于滑动摩擦力,AB向右速度为零后在电场力的作用下向左运动,最终停在墙角O点处,设由于摩擦而产生的热为Q,由能量守恒得
J?????????????????????(2分)
设AB第二次与墙壁发生碰撞后返回,滑块离开墙壁的最大距离为
,假设L2<s,在这段过程中,由动能定理得
解得L2≈0.064m
L2<s=0.15m ,符合假设,即AB第二次与墙壁发生碰撞后返回停在Q点的左侧,以后
只在粗糙水平面OQ上运动。????????????????????????(2分)![]()
设在粗糙水平面OQ部分运动的总路程s1,则
??????(2分)![]()
s1=0.6m???????????????????????????????(1分)![]()
设AB相碰结合后的运动过程中通过的总路程是s2,则![]()
???????????????????????????(2分)![]()
m??????????????????????????????(1分)![]()
另解:(2)从Q点到与墙壁发生碰撞后返回Q点,设返回Q点时速度为v3,则![]()
?????????????????(2分)![]()
m/s。 过Q点向右还能运动s1,则
??(1分)![]()
s1=0.075m。
m??????????????????(1分)![]()
(3) 设AB靠近墙壁过程的加速度为a1, 远离墙壁过程的加速度为a2,则![]()
5/3m/s2,
35/3m/s2???????????????????????(1分)![]()
设第三次、第四次……第n次与墙壁发生碰撞后返回,滑块离开墙壁的最大距离分别为L3、L4…Ln,则第二次返回与第三次远离过程中
??????????(1分)
同理得![]()
……,
???????(1分)
,……,
??????(1分)
AB相碰结合后的运动过程中通过的总路程是
……![]()
![]()
=
m?????????????????????????????(2分)
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