问题: 竞赛题
两个相同的条形磁铁 放在平板AB上 磁铁的N.S极如图所示。开始是平板及磁铁皆处于水平位置,且静止不动。
(1)现将AB突然竖直向下平移(磁铁与平板间始终相互接触),并使之停在A′B′处,结果发现两个条形磁铁碰在一起,
(2)如果将AB从原位置突然竖直向上平移,并使之停在A″B″处,结果发现两条形磁铁也碰在一起。
试定性地解释上述现象
解答:
开始时,磁铁静止不动,表明每一条磁铁受到另一条磁铁的磁力与它受到板的静摩擦力平衡。
(1)从板突然竖直向下平移到停下,板和磁铁的运动经历了两个阶段。起初,板向下加速移动,板与磁铁有脱离接触的趋势,磁铁对板的正压力减小,并跟随板一起作加速度方向向下、速度向下的运动。在这过程中,由于磁铁对板的正压力减小,最大静摩擦力亦减小。向下的加速度愈大,磁铁的正压力愈小,最大静摩擦力也愈小。当板的加速度大到某一数值时,最大静摩擦力减小到小于磁力,于是磁铁沿着平板相向运动并吸在一起。接着,磁铁和板一起作加速度方向向上、速度向下的运动,直线停在A′B′处。在这过程中,磁铁对板的正压力增大,最大静摩擦力亦增大,因两磁铁已碰在一起,磁力、接触处出现的弹力和可能存在的静摩擦力总是平衡的,两条磁铁吸在一起的状态不再改变。
(2)从板突然竖直向下平移到停下,板和磁铁的运动也经历了两个阶段。起初,板和磁铁一起作加速度方向向上、速度向上的运动。在这过程中,正压力增大,最大静摩擦力亦增大,作用于每个磁铁的磁力与静摩擦力始终保持平衡,磁铁在水平方向不发生运动。接着,磁铁和板一起作加速度方向向下、速度向上的运动,直线停在A″B″处。在这过程中,磁铁对板的正压力减小,最大静摩擦力亦减小,向下的加速度愈大,磁铁的正压力愈小,最大静摩擦力也愈小。当板的加速度大到某一数值时,最大静摩擦力减小到小于磁力,于是磁铁沿着平板相向运动并吸在一起。
评分标准:(本题20分)
这是23届全国物理竞赛题的改卷用的标准答案。
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