如圖甲所示,水平面被豎直線PQ分為左右兩部分,左部分光滑,范圍足夠大,上方存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng).右部分粗糙,一質(zhì)量為m=2kg,長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣體制成的均勻帶電的直棒AB置于水平面上,A端距PQ的距離為S=3m,給棒一個(gè)水平向左的初速v0,并以此時(shí)作為時(shí)間的起點(diǎn),棒在最初2秒的運(yùn)動(dòng)圖象如圖乙所示.2秒末棒的B端剛好進(jìn)入電場(chǎng),已知直棒單位長(zhǎng)度帶電量為λ=0.1C/m,取重力加速度g=10m/s2
求:(1)直棒的長(zhǎng)度;(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E;(3)直棒最終停在何處?

【答案】分析:(1)根據(jù)圖象求出2s內(nèi)的位移,然后結(jié)合幾何關(guān)系求出棒的長(zhǎng)度;
(2)由圖象可以知道物體加速度一直不變,說(shuō)明物體全部進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)受到的電場(chǎng)力等于進(jìn)入前的滑動(dòng)摩擦力,根據(jù)平衡條件列式求解;
(3)棒在電場(chǎng)中靜止時(shí),電場(chǎng)力不為零,故不會(huì)一直不動(dòng),在電場(chǎng)外停下時(shí),摩擦力減為零,不再運(yùn)動(dòng).
解答:解:(1)由圖信息可知棒加速度a=0.5m/s2,初速v=2.5m/s,設(shè)棒2內(nèi)秒位移為L(zhǎng)1,則s=vt-at2=4m
而棒B端恰進(jìn)電場(chǎng),則棒長(zhǎng)L=L1-S=1m
即直棒的長(zhǎng)度為1m.
(2)由圖可知棒進(jìn)入電場(chǎng)后加速度不變,棒受到向右的電場(chǎng)力和減少的摩擦力應(yīng)該相等.設(shè)棒進(jìn)入電場(chǎng)x,則有
xλE=mgμ  而 a=μg    所以 E==10N/C
即勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E為10N/C.
(3)棒全過(guò)程均做勻減速運(yùn)動(dòng),B端恰進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度V1,由圖可知V1=1.5m/s.
穿出電場(chǎng)過(guò)程- L=mv22-mv12  得v2=1.5m/s
再返回至PQ處時(shí)仍為1.5m/s
所以繼續(xù)滑行距離S2滿足:2μgS2=V22 得S2=2.25m 
所以直棒最終停下時(shí),A端離PQ2.25m.
點(diǎn)評(píng):本題關(guān)鍵根據(jù)圖象,得到物體的運(yùn)動(dòng)情況,再通過(guò)受力分析,結(jié)合牛頓第二定律得出物體的受力情況,再進(jìn)一步確定物體的運(yùn)動(dòng)情況.
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

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科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

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