巧选参照系求解电场中的相对运动问题 例题5.一个质量为的绝缘车静止在光滑的水平面上.在小车的光滑板面上放一质量为.带电量为的带电小物块.小车质量与物块质量之比︰︰.物块距小车右端挡板的距离为.小车车长为.且.如图10所示.现沿平行于车身的方向加一电场强度为的水平向右的匀强电场.带电小物块由静止开始运动.之后与挡板碰撞.碰后小车速度大小为碰前小物块速度大小的.设小物块滑动及其与小车碰撞过程中.自身带电量不变.则 ⑴通过分析和计算说明.碰撞后滑块能否滑出小车的车身? ⑵若能滑出.求小物块开始运动至滑出小车时电场力对小物块所做的功,若不能滑出.求小物块从开始运动至第二次碰撞时电场力对小物块所做的功. 解析:⑴带电小物块由静止开始匀加速向右运动.设它刚要与车相碰时速度为.则由动能定理得 小物块与车的碰撞过程满足动量守恒.设碰撞后小物块速度为.则 解以上两式.得 相对于小车而言.碰撞结束时.物块的速度为 所以以小车为参照系.小物块向左做初速度为.加速度大小为的匀减速运动.显然当其末速度时.物块与挡板相距最远为 ＜ 上式表明.碰撞后小物块不能滑出小车车身. ⑵以小车为参照系.小物块从第一次碰撞开始到发生第二次碰撞所经历的时间满足 所以 而这段时间内小车始终以速度向右做匀速运动.再回到地面参照系中.小车的位移为 因小物块开始运动时距车挡板的距离.故小物块从开始运动到第二次与小车相碰对地的位移为.故电场力对小物块所做的功为 命题解读:本题若以地面为参照系.就要分别求出小物块和小车对地所发生的位移.并找出它们之间的关系.那样可能是非常麻烦的.请仔细体会此题中参照系巧选的奥妙之处. 学法巧手指 山东省临沂市罗庄区第一中学北校区 桑士华 【
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