Question

(18分)、如圖所示，絕緣水平面上相_k=1.6m的空間內(nèi)存在水平向左的勻強(qiáng)電場，質(zhì)量=0.1kg、帶電量=+1×的滑塊 (視為質(zhì)點(diǎn)) 以=4m／s的初速度沿水平面向右進(jìn)入電場區(qū)域，滑塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.4，設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等。(g取10m/)
(1) 如果滑塊不能離開電場區(qū)域，電場強(qiáng)度的取值范圍多大。 
(2) 如果滑塊能離開電場區(qū)域，請根據(jù)有關(guān)計(jì)算討論后在坐標(biāo)中畫出電場力對滑塊所做的功與電場力的關(guān)系圖象。

Answer 1

(1)(2)W=0                            

(1)小滑塊在摩擦力和電場力的作用下，向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a，依題意和牛頓第二定律，有：
                           ①……
又：                               ②……
                                 ③……3分
若小滑塊不會從右側(cè)離開電場區(qū)域，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有：
                             ④……
聯(lián)立①②③④并代入數(shù)據(jù)得：  ⑤……3分
若小滑塊不會從左側(cè)離開電場區(qū)域，必須滿足：
≤f                                 ⑥……
②⑤⑥可得：       ⑦……2分
(2)如果小滑塊會離開電場區(qū)域，電場力F必須滿足:
F="qE=" 1×10^-7×10⁶≤0.1N            ⑧……
或   F=qE=1×10^-7×4×10⁶＞0.4N           ⑨……2分
若F≤0.1N，小滑塊將從右側(cè)離開電場區(qū)域，此過程小滑塊在電場中的位移s=1.6m，則電場力做功                     ⑩……2分
若F＞0.4N，小滑塊將從左側(cè)離開電場區(qū)域，此過程小滑塊在電場中的位移s=0，電場力做功為0，即W=0                           ……2分
評分說明：正確作圖共4分

本題結(jié)合電場力考查牛頓第二定律的應(yīng)用，小滑塊在摩擦力和電場力的作用下，向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，判斷出摩擦力方向，由牛頓第二定律可求得加速度大小，如果小滑塊不會從右側(cè)離開電場區(qū)域，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可求得加速度取值范圍，同時(shí)得到電場強(qiáng)度的取值范圍，如果小滑塊不會從左側(cè)離開電場區(qū)域，必須滿足電場力小于等于最大靜摩擦力，從而求得場強(qiáng)取值范圍，同理如果小滑塊會離開電場區(qū)域，電場力F必須小于等于0.1N或大于0.4N，根據(jù)這兩個(gè)范圍確定電場力做功的大小