【分析】(1)应用摩擦力公式求出纸板与砝码受到的摩擦力,然后求出摩擦力大小。
(2)应用牛顿第二定律求出加速度,要使纸板相对于砝码运动,纸板的加速度应大于砝码的加速度,然后求出拉力的最小值。
(3)应用运动学公式求出位移,然后求出拉力大小
【解答】解:(1)砝码和桌面对纸板的摩擦力分别为:f1=μm1g,f2=μ(m1+m2)g
纸板所受摩擦力的大小:f=f1+f2=μ(2m1+m2)g
(2)设砝码的加速度为a1,纸板的加速度为a2,
则有:f1=m1a1,F﹣f1﹣f2=m2a2
发生相对运动需要a2>a1
代入数据解得:F>2μ(m1+m2)g
(3)为确保实验成功,即砝码移动的距离不超过l=0.002m,纸板抽出时砝码运动的最大距离为:
L=x1+x2
由题意知a1=a3,a1t1=a3t2
代入数据联立得:F=22.4N
答:(1)纸板所受摩擦力的大小为μ(2m1+m2)g;
(2)所需拉力的大小F>2μ(m1+m2)g;
(3)纸板所需的拉力至少22.4N。
【点评】这是2013年江苏高考题,考查了连接体的运动,应用隔离法分别受力分析,列运动方程,难度较大。
17.(16分)在科学研究中,可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图1所示的xOy平面处于匀强电场和匀强磁场中,电场强度E和磁感应强度B随时间t作周期性变化的图象如图2所示。x轴正方向为E的正方向,垂直纸面向里为B的正方向。在坐标原点O有一粒子P,其质量和电荷量分别为m和+q.不计重力。在t=τ/2时刻释放P,它恰能沿一定轨道做往复运动。
(1)求P在磁场中运动时速度的大小v0;
(2)求B0应满足的关系;
(3)在t0(0<t0<τ/2)时刻释放P,求P速度为零时的坐标。
【考点】CM:带电粒子在混合场中的运动
【专题】16:压轴题;537:带电粒子在复合场中的运动专题.
(2)由题,粒子恰能沿一定轨道做往复运动,分析可知,当t=2τ时刻,P在磁场中作圆周运动结束后并开始沿x轴负方向运动,才能沿一定的轨道作往复运动,画出轨迹,确定出粒子在磁场中圆周运动的周期,粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律和圆周运动的运动学公式求解B0应满足的关系;
(3)在t0(0<t0<τ/2)时刻释放P,P在电场中加速时间为τ﹣t0,由上题结果得到粒子在磁场中圆周运动的速度和半径,粒子又经过(τ﹣t0)时间速度减至零后向右加速时间为t0,根据几何知识求解P速度为零时的坐标。
在电场中:粒子所受的电场力F=qE0,
(3)在t0时刻释放P,P在电场中加速时间为τ﹣t0
又经(τ﹣t0)时间P减速为零后向右加速时间为t0,
综上分析,速度为零时横坐标为 x=0
【点评】本题是带电粒子在复合场中运动的问题,分析粒子的受力情况,确定其运动情况,关键是运用几何知识求解坐标。