在光滑绝缘的水平台面上,存在平行于水平面向右的匀强电场,电场强度为E.水平台面上放置两个静止的小球A和B(均可看作质点),两小球质量均为m,A球带电荷量为+Q,B球不带电,

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

在光滑绝缘的水平台面上,存在平行于水平面向右的匀强电场,电场强度为E.水平台面上放置两个静止的小球A和B(均可看作质点),两小球质量均为m,A球带电荷量为+Q,B球不带电,A、B连线与电场线平行.开始时两球相距L,在电场力作用下,A球开始运动(此时为计时零点,即t=0),后与B球发生对心碰撞,碰撞过程中A、B两球总动能无损失.设在各次碰撞过程中,A、B两球间无电量转移,且不考虑两球碰撞时间及两球间的万有引力.
(1)第一次碰撞结束瞬间A、B两球的速度各为多大?
(2)分别在甲、乙坐标系中,用实线作出A、B两球从计时零点到即将发生第三次碰撞这段过程中的v-t图象.要求写出必要的演算推理过程.
(3)从计时零点到即将发生第三次碰撞这段过程中电场力共做了多少功?
(4)若要求A在运动过程中对桌面始终无压力且刚好不离开水平桌面(v=0时刻除外),可以在水平面内加一与电场正交的磁场.请写出磁场B(t)与时间t的函数关系.(不考虑相对论效应)

魔方格
魔方格

◎ 答案

(1)A球的加速度a=
QE
m
                                         
碰前A的速度vA1=

2aL
=

2QEL
m
,碰前B的速度vB1=0.
A、B碰撞后交换速度,设碰后A、B球速度分别为vA1′、vB1
vA1′=0      vB1′=vA1=

2QEL
m
                   
(2)A、B球发生第一次、第二次、第三次的碰撞时刻分别为t1、t2、t3
则 t1=
vA1-0
a
=

2mL
QE

第一次碰后,经t2-t1时间A、B两球发生第二次碰撞,设碰前瞬间A、B两球速度分别为vA2和vB2
vB1′(t2-t1)=
1
2
a(t2-t1)2
     得:t2=3t1
vA2=a(t2-t1)=2at1=2vA1=2
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