高中 | 受力分析 题目答案及解析

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必修1

第三章 相互作用

3.5 力的分解

受力分析

如图所示,倾角$\theta=30^\circ $的固定绝缘斜面长度为$L=0.25\;\rm m$,处于范围足够大的匀强电场中,电场强度的方向与斜面平行,把一个质量$m=0.1\;\rm kg$、带电量$q=+1\times10^{-6}\;\rm C$的小物体由斜面底端静止释放,经过$t=0.2\;\rm s$小物体运动到斜面顶端,然后冲出斜面。已知小物体与斜面之间的动摩擦因数为$\mu=\dfrac{\sqrt{3}}{6}$,重力加速度$g$$10\;\rm m/s^{2}$,空气阻力忽略不计,求:

匀强电场的电场强度$E$的大小;

[["

$2\\times10^{6}\\;\\rm N/C$

"]]

根据运动学公式$L= \dfrac{1}{2}at^{2}$

解得$a=12.5\;{\text{m}}/{\text{s}^{2}}$

设小物块所受电场力为$F$,根据牛顿第二定律$F-mg\sin \theta-\mu mg\cos \theta=ma$

解得$F=ma+m(g\sin \theta+\mu g\cos \theta)$

电场强度$E=\dfrac{F}{q}$

联立解得$E=2\times10^{6}\;\rm N/C$

小物体冲出斜面后竖直方向运动$1.25\;\rm m$时,小物体水平方向运动的距离。

[["

$\\dfrac{25}{4}\\sqrt{3}\\;\\rm \\text{m}$

"]]

小物块离开斜面后,只受电场力和重力作用,竖直方向有$F\sin 30^\circ-mg=ma_{y}$

水平方向有$F\cos 30^\circ =ma_{x}$

解得$a_{y}=0$$a_{x}=\sqrt{3}g$

竖直分速度$v_{y}=v\sin\theta=at\sin\theta=12.5 \times 0.2 \times \dfrac{1}{2}\;\text{m}/\text{s}=1.25\;\rm \text{m}/\text{s}$

竖直向上运动$1.25m$的时间$t'=\dfrac{y}{v_{y}}=\dfrac{1.25}{1.25}\;\text{s}=1\;\rm \text{s}$

水平方向的分速度$v_{x}=at\cos\theta=1.25\sqrt{3}\;\rm \text{m/s}$

小物体冲出斜面经过$1\;\rm s$水平方向前进的距离$x=v_{x}t'+\dfrac{1}{2}a_{x}{t'}^{2}=1.25\sqrt{3} \times 1\;\rm \text{m}+\dfrac{1}{2} \times \sqrt{3} \times 10 \times 1^{2}\;\rm \text{m}=\dfrac{25}{4}\sqrt{3}\;\rm \text{m}$

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