如图所示,质量M=2kg,长l=4m的绝缘长木板放在光滑的水平面上,在木板的左半部分空间存在水平向右的匀强

2025-05-22 18:51:51
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(1)设金属块恰好运动出E1时的金属块的速度为v1,长木板的速度为V1
金属块在E1中运动时,由动能定理得:E1

L
2
-μmg×
L
2
=
1
2
mv12

带入数值得:v1=4m/s
金属块的加速度a1=
E1q?μmg
m
=4m/s2
解得时间 t=
v1
a1
 ①
长木板的加速度a2=
μmg
M
=1m/s2 ②
木板运动的距离S1=
1
2
a2t2
 ③
联立①②③解得:S1=0.5m;
对长木板由动能定理得μmg×
L
2
1
2
mV12

带入数值得:V1=2m/s;
金属块在E2中运动时,运动到中间与长木板相对静止,
对整体水平方向动量守恒得:mv1+MV1=(m+M)v′
解得:v′=
8
3
m/s;
此时金属块的加速度a′=
μ(mg+Eq)
m
=3.2m/s2
v12-v′2=2a′S
解得:S=
10
9
m<3.5m;
故金属块离开电场E2时的速度v为
8
3
m/s.
(2)对整个过程由能量守恒
Q+
1
2
(m+M)v2
=E1qL
带入数值解得Q=
4
3
J;
答:(1)金属块离开电场E2时的速度v为
8
3
m/s;
(2)金属块在木板上滑动过程中转化的内能Q为
4
3
J.