⑴a=
,方向水平向右;⑵E km=
+
;⑶若x 0=L,E pm=
,若x 0<L,E pm=
+
+
,若x 0>L,E pm=
试题分析:⑴当棒的B端进入电场L/8时,对绝缘棒受重力mg、水平面的支持力N、水平向右的恒力QE/4和水平向左的电场力qE作用,根据牛顿第二定律有:QE/4-qE=ma①
由于棒绝缘,且电荷分布均匀,所以有:q=
×
②
由①②式联立解得:a=
,方向水平向右
⑵开始时,棒在水平向右恒力作用下向右做匀加速直线运动,棒开始进入电场时,受到了水平向左的电场力作用,且电场力的大小随棒进入电场中长度的增大而增大,将先做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度减小到0时,棒的速度达到最大,即动能最大,设此时棒进入电场中的长度为x,有:
=
③
根据动能定理有:
(x 0+x)-
=E km-0④
由③④式联立解得:E km=
+
⑶随着棒进入电场中长度的继续增大,棒将要做减速运动,当棒速度减为0时,棒的电势能最大
若x 0=L,棒恰好全部进入电场,根据动能定理有:
(x 0+L)-
=0-0
棒的电势能为:E pm=
=
若x 0<L,棒一部分进入电场,设进入的长度为l,根据动能定理有:
(x 0+l)-
=0-0
解得:l=
,棒的电势能为:E pm=
=
+
+
若x 0>L,棒全部进入电场,且A端离O点距离为l,有:
(x 0+l)-
-QE(l-L)=0-0
解得:l=
,棒的电势能为:E pm=
+QE(l-L)=