Question

(18分)、如圖所示，絕緣水平面上相=1.6m的空間內存在水平向左的勻強電場，質量=0.1kg、帶電量=+1×的滑塊 (視為質點) 以=4m／s的初速度沿水平面向右進入電場區域，滑塊與水平面間的動摩擦因數=0.4，設最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等。(g取10m/)

(1) 如果滑塊不能離開電場區域，電場強度的取值范圍多大。 

(2) 如果滑塊能離開電場區域，請根據有關計算討論后在坐標中畫出電場力對滑塊所做的功與電場力的關系圖象。

 

Answer 1

【答案】

(1) (2)W=0                             

【解析】(1)小滑塊在摩擦力和電場力的作用下，向右做勻減速直線運動，設加速度為a，依題意和牛頓第二定律，有：

                             ①……

又：                                 ②……

                                   ③……3分

若小滑塊不會從右側離開電場區域，由勻變速直線運動規律，有：

                               ④……

聯立①②③④并代入數據得：  ⑤……3分

若小滑塊不會從左側離開電場區域，必須滿足：

≤f                                   ⑥……

②⑤⑥可得：        ⑦……2分

(2)如果小滑塊會離開電場區域，電場力F必須滿足:

F=qE= 1×10^-7×10⁶≤0.1N             ⑧……

或   F=qE = 1×10^-7×4×10⁶＞0.4N             ⑨……2分

若F≤0.1N，小滑塊將從右側離開電場區域，此過程小滑塊在電場中的位移s=1.6m，則電場力做功                      ⑩……2分

若F＞0.4N，小滑塊將從左側離開電場區域，此過程小滑塊在電場中的位移s=0，電場力做功為0，即W=0                              ……2分

評分說明：正確作圖共4分

本題結合電場力考查牛頓第二定律的應用，小滑塊在摩擦力和電場力的作用下，向右做勻減速直線運動，判斷出摩擦力方向，由牛頓第二定律可求得加速度大小，如果小滑塊不會從右側離開電場區域，由勻變速直線運動規律可求得加速度取值范圍，同時得到電場強度的取值范圍，如果小滑塊不會從左側離開電場區域，必須滿足電場力小于等于最大靜摩擦力，從而求得場強取值范圍，同理如果小滑塊會離開電場區域，電場力F必須小于等于0.1N或大于0.4N，根據這兩個范圍確定電場力做功的大小