Question

如圖所示，小車質量M=8kg，帶電荷量q=+3×10^-2C，置于光滑水平面上，水平面上方存在方向水平向右的勻強電場，場強大小E=2×10²N/C．當小車向右的速度為3m/s時，將一個不帶電、可視為質點的絕緣物塊輕放在小車右端，物塊質量m=1kg，物塊與小車表面間動摩擦因數μ=0.2，小車足夠長，g取10m/s²．求：
（1）物塊相對小車滑動時物塊和小車的加速度；
（2）物塊相對小車滑動的時間；
（3）物塊在小車上滑動過程中系統因摩擦產生的內能；
（4）從滑塊放在小車上后5s內小車電勢能的變化量．

Answer 1

（1）物塊放上后，小車向右做勻加速運動 a1=

Eq-μmg

M

=0.5m/s2
物塊向右做勻加速運動a2=μg=2m/s2
（2）設滑塊在小車滑行時間t₁
∴v₁+a₁t₁=a₂t₁       t₁=2s                                    
（3）物塊在車上相對車滑行距離△S=S_車-S_物=v1t1+

1

2

a1t2-

1

2

a2t2=3（m）
∴Q=f△S=μmg?△S=6J                                              
（4）當物塊與小車相對靜止時，共同運動加速度a3=

qE

M+m

=

6

9

=

2

3

m/s2
當物塊與小車相對靜止時，共同運動的速度 v=v₁+a₁t₁=4m/s   
S1=v1t1+

1

2

a1t12=7mS2=vt2+

1

2

a3t22=4×3+

1

2

×

2

3

×9=15m
△E_p減少=W_電=qE?（S₁+S₂）=6×22=132J               
答：（1）小車的加速度為0.5m/s²，物塊的加速度為2m/s²．
（2）物塊相對小車滑動的時間為2s．
（3）物塊在小車上滑動過程中系統因摩擦產生的內能為6J．
（4）從滑塊放在小車上后5s內小車電勢能的變化量為132J．