综合题18.0分
物理

如图所示,有一固定在水平面的平直轨道,该轨道由白色轨道和黑色轨道交替排列并平滑连接而成。各段轨道的编号已在图中标出。仅黑色轨道处在竖直向上的匀强电场中,一不带电的小滑块A静止在第1段轨道的最左端,绝缘带电小滑块B静止在第1段轨道的最右端。某时刻给小滑块A施加一水平向右的恒力F,使其从静止开始沿轨道向右运动,小滑块A运动到与小滑块B碰撞前瞬间撤去小滑块A受水平恒力。滑块AB碰撞时间极短,碰后粘在一起沿轨道向右运动。已知白色轨道和黑色轨道各段的长度均为L=0.10m,匀强电场的电场强度的大小E=1.0×104N/C;滑块AB的质量均为m=0.010kg,滑块AB与轨道间的动摩擦因数处处相等,均为μ=0.40,绝缘滑块B所带电荷量q=+1.0×10-5C,小滑块A与小滑块B碰撞前瞬间的速度大小v=6.0m/s。AB均可视为质点(忽略它们的尺寸大小),且不计AB间的静电力作。在AB粘在一起沿轨道向右运动过程中电荷量保持不变,取重力加速度g =10m/s2

30.求F的大小;

31.碰撞过程中滑块B对滑块A的冲量;

32.若AB最终停在轨道上编号为k的一段,求k的数值。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

F=1.84N (5分)

解析

以滑块A为研究对象,在第1段轨道上,滑块A受到摩擦力的大小f=μmg,

对于滑块A在第1段轨道上从最左端到最右端的过程,根据动能定理得:

,解得F=1.84N

考查方向

动能定理

解题思路

对滑块A应用动能定理可以求出力F的大小.

易错点

本题关键应用动能定理时要确定好研究过程,明确研究对象的所受的外力,哪些力做了功.

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

I=-0.030N•s滑块B对滑块A冲量的方向水平向左(6分)

解析

设滑块A、B碰撞后瞬间A和B的共同速度为vAB,碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv=2mvAB,设滑块B对滑块A的冲量为I,规定水平向右为正方向.以滑块A为研究对象,根据动量定理有:I=mvAB-mv,解得:I=-0.030N•s,滑块B对滑块A冲量的方向水平向左;

考查方向

动量定理;动量守恒定律

解题思路

两滑块碰撞过程系统动量守恒,应用动量守恒定律可以求出碰撞后的速度,然后应用动量定理求出B对A的冲量;

易错点

本题关键要注意应用动量守恒定律与动量定理解题时要注意选择一个正方向.

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

若A和B最终停在轨道上编号为k的一段,k的数值为17

解析

设滑块AB每经过一段长为L的黑色轨道损失的动能为ΔE1,则:

设滑块AB每经过一段长为L的白色轨道,损失的动能为ΔE2,则:

设滑块AB碰撞后瞬间的总动能为EkAB,令

解得:N=7.5

即滑块通过标号为15的白色轨道后,仍有动能Ek=0.5(ΔE1E2) =6×10-3J,

EkE1,故物块可通过第16号轨道而进入第17号轨道,进入第17号轨道时的动能Ek′=

考查方向

功能关系

解题思路

求出滑块经过黑色与白色轨道时损失的机械能,根据A、B碰撞后的总机械能求出滑块能经过黑白轨道的条数,然后分析求出k的数值.

易错点

本题关键是分析清楚物体的运动过程,求出滑块A和B每经过一段长为L的黑色轨道与长为L的白色轨道损失的动能总和.