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精英家教網 > 高中物理 > 題目詳情
在光滑絕緣的水平面上,存在平行于水平面向右的勻強電場,電場強度為E.水平面上放置兩個靜止的小球彳和B(均可看作質點),兩小球質量均為m,A球帶電荷量為+q,B球不帶電,A、B連線與電場線平行.開始時兩球相距L,在電場力作用下,A球開始運動(此時為計時零點,即t=0),后與B球發生對心碰撞,碰撞過程中A、B兩球總動能無損失.設在各次碰撞過程中,A、B兩球間無電量轉移,且不考慮兩球碰撞時間及兩球間的萬有引力.求:
(1)第一次碰撞結束瞬間A、B兩球的速度各為多大?
(2)從計時零點到即將發生第三次碰撞這段過程中,共經過多長時間?
(3)從計時零點到即將發生第n次碰撞這段過程中,小球A經過的位移大小為多少?
分析:(1)根據牛頓第二定律求出A球的加速度,由速度位移公式求出A球與B球碰撞前的速度.由于碰撞過程中A、B兩球總動能無損失,交換速度.
(2)根據速度公式求出第一次碰撞時間.第一次碰后,A球追及B球,當位移相等時,發生第二碰撞,由位移相等求出第二次碰撞時間.同理求解第三次碰撞時間.
(3)采用歸納法分別分析從計時零點到即將發生第1次碰撞這段過程、第1次碰撞到即將發生第2次碰撞這段過程、從第2次碰撞到即將發生第3次碰撞這段過程…A球經過的位移,得出規律,再求總位移.
解答:解:(1)A球的加速度為a=
qE
m

碰前A的速度為vA1=
2aL
=
2qEL
m
,碰前B的速度為vB1=0由于碰撞過程中A、B兩球總動能無損失,交換速度,則碰撞后A、B的速度分別
   vA1′=0,vB1′=vA1=
2qEL
m

(2)A、B球發生第一次、第二次、第三次的碰撞時間分別為t1、t2、t3
則t1=
vA1-0
a
=
2mL
qE

第一次碰后,經t2-t1時間A、B兩球發生第二次碰撞,設碰前瞬間A、B兩球速度為vA2和vB2,則有
   vB1′(t2-t1)=
1
2
a(t2-t1)2

解得,t2=3t1
   vA2=a(t2-t1)=2at1=2vA1=2
2qEL
m

  vB2=vB1′=
2qEL
m

第二次碰后瞬間,A、B兩球速度分別為
vA2′和vB2′,經t3-t2時間A、B兩球發生碰撞,并設碰撞前瞬間A、B兩球速度分別vA3和vB3
則vA2′=vB2=
2qEL
m

vB2′=vA2=2
2qEL
m

當vB2′(t3-t2)=vA2′(t3-t2)+
1
2
a(t3-t2)2發生第三次碰撞
解得,t3-t2=t2-t1,t3=5
2qEL
m

(3)從計時零點到即將發生第1次碰撞這段過程中,小球A經過的位移為S1=L,由(2)分析知,每次碰撞后A、B小球交換速度,通過運算可知,
從第1次碰撞到即將發生第2次碰撞這段過程中,A球經過的位移為S2=4L,
從第2次碰撞到即將發生第3次碰撞這段過程中,A球經過的位移為S3=8L,

從第(n-1)次碰撞到即將發生第n次碰撞這段過程中,A球經過的位移為Sn=(n-1)4L,
所以,從計時零點到即將發生第n次碰撞這段過程中,小球A經過的位移大小為
S=S1+S2+S3+…+Sn=L+4L+8L…+(n-1)4L=【1+2n(n-1)】L
答:
(1)第一次碰撞結束瞬間A、B兩球的速度分別為0和
2qEL
m

(2)從計時零點到即將發生第三次碰撞這段過程中,共經過5
2qEL
m
時間.
(3)從計時零點到即將發生第n次碰撞這段過程中,小球A經過的位移大小為【1+2n(n-1)】L.
點評:本題是小球周期性運動問題,關鍵要采用歸納法總結規律,運用數學方法求解.
練習冊系列答案
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在光滑絕緣的水平面上,用長為2L的絕緣輕桿連接兩個質量均為m的帶電小球A和B.A球的帶電量為+2q,B球的帶電量為-3q,組成一帶電系統,如圖所示.虛線MP為AB兩球連線的垂直平分線,虛線NQ與MP平行且相距4L.最初A和B分別靜止于虛線MP的兩側,距MP的距離均為L,且A球距虛線NQ的距離為3L.若視小球為質點,不計輕桿的質量,在虛線MP,NQ間加上水平向右的勻強電場E后,則帶電系統從開始運動到速度第一次為零B球電勢能的變化量(  )

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(1)線框剛進入磁場時ab邊產生的感應電動勢的大小為E;
(2)在線框進入磁場的過程中a、b兩點的電勢差;
(3)在線框進入磁場的過程中恒力所做的功.

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(1)判斷勻強電場的場強方向;
(2)求電場強度的大小;
(3)求小球的帶電量;
(4)求小球到達B點時的速率.

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(1)小球從A點飛到D點所用的時間t;
(2)電場強度E的大小;
(3)從A點到D點帶電小球電勢能的變化量.

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