Question

如圖所示；“U”形框架由兩平行金屬板A、B和絕緣底座P組成，在金屬板A、B上同一高度處開有兩個小孔M、N，并在M、N之間固定一絕緣光滑平板，整個裝置靜止固定在水平面上．兩平行金屬板A、B接上電壓為150KV的穩壓電源，兩金屬板間距為d=0.1m．現有一電荷分布均勻的帶電量為q=5×10^-5C，質量為m=0.01kg，長度為l=0.04m的絕緣橡膠棒以v=10m/s的速度由右邊小孔水平滑入“U”形框架中，設絕緣棒的電荷量對“U”形框架內的電場沒有影響．問：
（1）橡膠棒剛好全部進入“U”形框架內的加速度
（2）橡膠棒剛好全部進入“U”形框架內的速度．
（3）橡膠棒與“U”形框架相互作用過程中增加的最大電勢能．

Answer 1

【答案】分析：（1）由公式E=求出金屬板間的電場強度，根據牛頓第二定律求解橡膠棒剛好全部進入“U”形框架內的加速度．
（2）由動能定理求解橡膠棒剛好全部進入“U”形框架內的速度．
（3）根據能量守恒求解橡膠棒與“U”形框架相互作用過程中增加的最大電勢能．
解答：解：（1）金屬板間的電場強度為E===1.5×10⁶V/m
  由牛頓第二定律得：a==
（2）設帶電橡膠棒剛好全部進入“U”形框架時，則由動能定理：
-=-
解得：v==m/s=0m/s
（3）增加電勢能的最大值等于動能減小的最大值：
△E_p=△E_k==
答：
（1）橡膠棒剛好全部進入“U”形框架內的加速度為7.5×10³m/s²．
（2）橡膠棒剛好全部進入“U”形框架內的速度是0．
（3）橡膠棒與“U”形框架相互作用過程中增加的最大電勢能是1.5J．
點評：本題文字較多，題干較長，要善于抓住有效信息，實質是勻減速運動的問題．