Question

如圖（a），磁鐵A、B的同名磁極相對放置，置于水平氣墊導(dǎo)軌上。A固定于導(dǎo)軌左端，B的質(zhì)量m=0.5kg，可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng)。將B在A附近某一位置由靜止釋放，由于能量守恒，可通過測量B在不同位置處的速度，得到B的勢能隨位置x的變化規(guī)律，見圖（c）中曲線I。若將導(dǎo)軌右端抬高，使其與水平桌面成一定角度θ[如圖（b）所示]，則B的總勢能曲線如圖（c）中II所示（設(shè)B在x=0處時(shí)重力勢能為零）。在圖（b）的情況下，若將B放在x=15.0cm處，則B在該位置時(shí)的重力勢能為­­________J, 氣墊導(dǎo)軌的傾角θ為­­________；若將B在x=15.0cm處靜止釋放，則它能達(dá)到的最大速度為________ m/s，此時(shí)B受到的磁場力為________ N。（計(jì)算時(shí)取g=10m/s²）

Answer 1

0.60（2分），53.1°（2分），0.85（±0.01）（2分），4.0（2分）

分析：根據(jù)曲線I讀出在x=15.0cm處的勢能是0.1J，根據(jù)曲線II讀出在x=15.0cm處的總勢能是0.7J，運(yùn)用能量守恒求出B在該位置時(shí)的重力勢．
根據(jù)重力勢能的定義求出傾角θ．
根據(jù)功能關(guān)系可知，當(dāng)勢能最小時(shí)，動(dòng)能最大．由圖得出釋放時(shí)的勢能便是整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的總能量，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒可知?jiǎng)菽茏钚�時(shí)動(dòng)能最大，據(jù)此可求得最大速度．
解：根據(jù)曲線I讀出在x=15.0cm處的勢能是0.1J，根據(jù)曲線II讀出在x=15.0cm處的總勢能是0.7J，
運(yùn)用能量守恒得
x=15.0cm處，則B在該位置時(shí)的重力勢能為0.7J-0.1J=0.6J
根據(jù)重力勢能的定義E_p=mgh
所以h=0.12m
所以sinθ=，即θ=53.1°
由圖讀得釋放處（x=15.0cm處）勢能E_p=0.70J，此即B的總能量．由于運(yùn)動(dòng)中總能量守恒，
因此在勢能最小處動(dòng)能最大，由圖象得最小勢能為0.5J，
則最大動(dòng)能為E_km=0.7-0.52=0.18J
最大速度為vm==0.85（m/s）
最大速度位置B的加速度為零，所以B受到的磁場力為mgsinθ=4.0N．
故答案為：0.6，53.1°，0.85（±0.01），4.0．