如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103V/m.一不带

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 109 阅读 [打印]
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◎ 题目

如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103 V/m.一不带电的绝缘小球甲,以速度v0沿水平轨道向右运动,与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞.已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg,乙所带电荷量q=2.0×10-5C,g取10m/s2.(水平轨道足够长,甲、乙两球可视为质点,整个运动过程无电荷转移) 
(1)甲乙两球碰撞后,乙恰能通过轨道的最高点D,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离;
(2)在满足(1)的条件下.求的甲的速度v0
(3)若甲仍以速度v0向右运动,增大甲的质量,保持乙的质量不变,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围.
魔方格

◎ 答案

(1)在乙恰能通过轨道的最高点的情况下,设乙到达最高点的速度为vD,乙离开D点到达水平轨道的时间为t,乙的落点到B点的距离为x,
则由向心力公式得   m
v2D
R
=mg+qE
      ①
竖直方向匀加速运动   2R=
1
2
mg+qE
m
) t2    ②
水平方向匀速运动     x=vDt          ③
联立①②③得:x=0.4m      ④
(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为v、v
根据动量守恒有:
  mv0=mv+mv
根据机械能守恒定律有:
 
1
2
m
v20
=
1
2
m
v2甲
+
1
2
m
v2乙
          ⑥
联立⑤⑥得:v=0,v=v0          ⑦
由动能定理得:-mg?2R-qE?2R=
1
2
mvD2-
1
2
mv2     ⑧
联立①⑦⑧得:v0=v=

5(mg+qE)R
m
=2

5
m/s       ⑨
(3)设甲的质量为M,碰撞后甲、乙的速度分别为vM、vm
根据动量守恒有:
Mv0=MvM+mvm
根据机械能守恒定律有
1
2
M闂傚倸鍊烽懗鍫曞磿閻㈢ǹ绀堟繝闈涚墛閺嗘粓鏌熼悜姗嗘當缂佺姷濞€楠炴牗娼忛崜褎鍋ч梺鍛婎殕瀹€鎼佸蓟閵堝浼犻柕澶涢檮濮e嫰姊洪懡銈呮瀻缂傚秴锕璇测槈閳垛斁鍋撻敃鍌氱婵犻潧娲ㄦ禍顏堟⒒娴h櫣甯涢悽顖涱殔椤啯绂掔€n剙绁﹂梺鍝勭▉閸嬧偓闁稿鎸搁埥澶娾枍鏉堛劎鐭嬬紒鍌涘浮閺佸倿宕滆閿涙粌鈹戞幊閸婃劙宕戦幘缁樼厵闁惧浚鍊嬮鍫熷仼闁绘垼濮ら弲鎼佹煟濡绲荤€规挸妫楅埞鎴︻敊閻偒浜滈悾鐑筋敆閸曨偄鍤戦梺缁樶缚缁垶鍩涢幋锔藉仯闁搞儻绲洪崑鎾崇暦閸ワ妇绀勯梻鍌欒兌閹虫捇宕甸弽顓炵闁跨噦鎷� 濠电姷鏁告慨鐢割敊閺嶎厼闂い鏍ㄧ矊缁躲倝鏌i敐鍛拱鐎规洘鐓¢弻鐔兼偋閸喓鍑℃俊妤€鎳忕换婵嬪閿濆棛銆愬銈嗗灦閸ㄧ懓危閹扮増鏅插璺侯儑閸橀亶姊洪弬銉︽珔闁哥姵鑹鹃埢鎾诲籍閸屾粎锛滈梺鍦帛鐢宕戦妷鈺傜厸閻忕偛澧藉ú瀛橆殽閻愭潙绗掗柍瑙勫灴瀹曢亶寮撮悙瀵糕偓鎶芥⒒閸屾瑦绁版俊妞煎妿缁牊绗熼埀顒勫极閸愵喖唯闁靛绱曠槐鐗堢節閻㈤潧校闁煎綊绠栭幃娆愮節閸屻倖瀵岄柣搴秵娴滄繈骞戦敐鍡愪簻闁挎棁顕у▍宥嗘叏婵犲啯銇濈€规洏鍔嶇换婵囨償閵忋垺娈惧┑鐘垫暩閸嬫稑顕i崼鏇熷亱闁哄洢鍨洪崑鈺呮煟閹达絽袚闁稿瀚槐鎺斺偓锝庡亽閸庛儵鏌涢妶鍐ㄢ偓鏇㈠煘閹达箑鐓¢柛鈩冾殘娴犳潙顪冮妶鍡樿偁闁搞儜鍜佹Х闂備礁鎼ú銊﹀濠靛鍋¢柟闈涘暱閻楁岸鏌熼懖鈺勊夐柍褜鍓濈亸娆撳汲濡ゅ啰纾介柛灞剧懅閸斿秵銇勯妸銉﹀殗閽樻繈姊婚崼鐔恒€掗柡鍡畵閺岀喐娼忔ィ鍐╊€嶉梺鍝勬噺閹倿寮婚妸鈺傚亞闁稿本绋戦锟�
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