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 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 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
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