Question

【題目】在如圖所示的豎直平面內，物體A和帶正電的物體B用跨過定滑輪的絕緣輕繩連接，分別靜止于傾角θ＝37°的光滑斜面上的M點和粗糙絕緣水平面上，輕繩與對應平面平行．勁度系數k＝5 N/m的輕彈簧一端固定在O點，一端用另一輕繩穿過固定的光滑小環D與A相連，彈簧處于原長，輕繩恰好拉直，DM垂直于斜面．水平面處于場強E＝5×104N/C、方向水平向右的勻強電場中．已知A、B的質量分別為mA＝0.1 kg和mB＝0.2 kg，B所帶電荷量q＝＋4×10－6 C．設兩物體均視為質點，不計滑輪質量和摩擦，繩不可伸長，彈簧始終在彈性限度內，B電荷量不變．取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.

(1)求B所受靜摩擦力的大小；

(2)現對A施加沿斜面向下的拉力F，使A以加速度a＝0.6 m/s2開始做勻加速直線運動．A從M到N的過程中，B的電勢能增加了ΔEp＝0.06 J．已知DN沿豎直方向，B與水平面間的動摩擦因數μ＝0.4.求A到達N點時拉力F的瞬時功率．

Answer 1

【答案】（1）f=0.4N （2）2.1336W

【解析】

試題（1）根據題意，靜止時，對兩物體受力分析如圖所示：

由平衡條件所得：

對A有：mAgsin θ＝FT①

對B有：qE＋f0＝FT②

代入數據得f0＝0．4 N ③

（2）根據題意，A到N點時，對兩物體受力分析如圖所示：

由牛頓第二定律得：

對A有：F＋mAgsin θ－F′T－Fksin θ＝mAa ④

對B有：F′T－qE－f＝mBa ⑤

其中f＝μmBg ⑥

Fk＝kx ⑦

由電場力做功與電勢能的關系得ΔEp＝qEd ⑧

由幾何關系得x＝－⑨

A由M到N，由v－v＝2ax得A運動到N的速度v＝⑩

拉力F在N點的瞬時功率P＝Fv

由以上各式，代入數據P＝0．528 W