解题思路:(1)物块放上后,小车在水平受到电场力qE,向左的滑动摩擦力μmg,由于qE>μmg,小车向向右做匀加速运动.物块受到水平向右的滑动摩擦力,向右做匀加速运动,根据牛顿第二定律分析物块的加速度大于小车的加速度,当两者速度相等时,根据速度公式求出时间,再分别用位移公式求出从物块放上小车到相对静止两者的位移差,求解内能.(2)物块与小车相对静止后,一起匀加速运动,对整体用牛顿第二定律求出加速度,根据位移公式求出物块放上小车前和后的位移,再求电场力做功.
(1)物块放上后,小车向右做匀加速运动a1=
Eq-μmg
M=0.5m/s2
物块向右做匀加速运动a2=μg=2m/s2
设滑块在小车滑行时间t1
当两者速度相等时有 v1+a1t1=a2t1,t1=2s
物块在车上相对车滑行距离:△S=S车-S物=v1t1+[1/2a1
t21]-a[1/2a2
t21]=3m
故 Q=f△S=μmg•△S=6J
(2)当物块与小车相对静止时,共同运动加速度a3=
qE
M+m=
6
9=
2
3m/s2
当物块与小车相对静止时,共同运动的速度v=v1+a1t1=4m/s
物块与小车相对静止前小车运动的位移 S1=v1t1+
1
2a1t12=7m
物块与小车相对静止后小车运动的位移 S2=vt2+
1
2a3t22=4×3+
1
2×
2
3×9=15m
所以 5s内电场力对小车所做的功 W=qE•(S1+S2)=132J
答:(1)物块在小车上滑动过程中系统因摩擦产生的内能为6J.
(2)从滑块放在小车上后5s内电场力对小车所做的功132J.
点评:
本题考点: 电场强度;匀变速直线运动的速度与时间的关系;匀变速直线运动的位移与时间的关系;牛顿第二定律.
考点点评: 本题是电场中力学问题,基本方法与力学一样,关键分析物块与小车的受力情况和运动情况.摩擦发热与物体间相对位移成正比.