Question

(18分)、如图所示，绝缘水平面上相=1.6m的空间内存在水平向左的匀强电场，质量=0.1kg、带电量=+1×的滑块 (视为质点) 以=4m／s的初速度沿水平面向右进入电场区域，滑块与水平面间的动摩擦因数=0.4，设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。(g取10m/)

(1) 如果滑块不能离开电场区域，电场强度的取值范围多大。 

(2) 如果滑块能离开电场区域，请根据有关计算讨论后在坐标中画出电场力对滑块所做的功与电场力的关系图象。

Answer

(1) (2)W=0                             

【解析】(1)小滑块在摩擦力和电场力的作用下，向右做匀减速直线运动，设加速度为a，依题意和牛顿第二定律，有：

                             ①……

又：                                 ②……

                                   ③……3分

若小滑块不会从右侧离开电场区域，由匀变速直线运动规律，有：

                               ④……

联立①②③④并代入数据得：  ⑤……3分

若小滑块不会从左侧离开电场区域，必须满足：

≤f                                   ⑥……

②⑤⑥可得：        ⑦……2分

(2)如果小滑块会离开电场区域，电场力F必须满足:

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，小滑块将从右侧离开电场区域，此过程小滑块在电场中的位移s=1.6m，则电场力做功                      ⑩……2分

若F＞0.4N，小滑块将从左侧离开电场区域，此过程小滑块在电场中的位移s=0，电场力做功为0，即W=0                              ……2分

评分说明：正确作图共4分

本题结合电场力考查牛顿第二定律的应用，小滑块在摩擦力和电场力的作用下，向右做匀减速直线运动，判断出摩擦力方向，由牛顿第二定律可求得加速度大小，如果小滑块不会从右侧离开电场区域，由匀变速直线运动规律可求得加速度取值范围，同时得到电场强度的取值范围，如果小滑块不会从左侧离开电场区域，必须满足电场力小于等于最大静摩擦力，从而求得场强取值范围，同理如果小滑块会离开电场区域，电场力F必须小于等于0.1N或大于0.4N，根据这两个范围确定电场力做功的大小