如图所示,为一个实验室模拟货物传送的装置,A是一个表面绝缘质量为1kg的小车,小车置于光滑的水平面上,在小车左端放置一质量为0.1kg带电量为q=1×10-2C的绝缘货柜,现将一质量为0.9kg的货物放在货柜内.在传送途中有一水平电场,可以通过开关控制其有、无及方向.先产生一个方向水平向右,大小E1=3×102N/m的电场,小车和货柜开始运动,作用时间2s后,改变电场,电场大小变为E2=1×102N/m,方向向左,电场作用一段时间后,关闭电场,小车正好到达目的地,货物到达小车的最右端,且小车和货物的速度恰好为零。已知货柜与小车间的动摩擦因数??=0.1,(小车不带电,货柜及货物体积大小不计,g取10m/s2)求:
⑴第二次电场作用的时间;
⑵小车的长度;
⑶小车右端到达目的地的距离.
(1)6s (2)
m (3)10.7m
解析:
(1)货物
小车
经t1=2s 货物运动
小车运动
货物V1=a1t1=2×2=4m/s 向右
小车V2=a2t1=1×2=2m/s 向右
经2秒后,货物作匀减速运动
向左
小车加速度不变,仍为a2=1m/s2 向右,当两者速度相等时,货柜恰好到达小车最右端,以后因为qE2=f=??(m0+m1)g,货柜和小车一起作为整体向右以
向右作匀减速直到速度都为0.
共同速度为V=V1—a1′ t2 V=V2+a2′t2 t2=
V=
m/s
货物和小车获得共同速度至停止运动用时
第二次电场作用时间为t=t2+t3=6s
(2)小车在t2时间内位移S3=V2t2+
a2t22=
m
货柜在t2时间内位移为S4=V1t2—
a1′t22=
m
小车长度L=S1-S2+S4-S3=
m
(或用能量守恒qE1S1-qE2S4=
L=
m
(3)小车右端到达目的地的距离为S