Question

(1)橡膠棒是否能夠全部進入“U”形框架內?
(2)“U”形框架的最終速度；
(3)橡膠棒與“U”形框架相互作用過程中系統增加的電勢能．

Answer 1

（1）能全部進入（2）16J

(1)設帶電橡膠棒剛好全部進入“U”形框架時，達到與“U”形框架共速v，則由動能定理：……………………………………①
由動量守恒：mv₀=(m+M)v………………………………………………………②
其中E=………………………………………………………………………③
由①②③式聯立得：L=0.3125(m)
∴L>l………………………………………………………………………………④
橡膠棒能全部進入“U”形框架.
(2)設相互作用過程中“U”形框架的最終速度為v₂,棒的最終速度為v₁
由(1)知棒能全部穿出“U”形框架
由動能定理：2×………………………………⑤
由動量守恒：mv₀=mv₁+Mv₂ ……………………………………………………⑥
由③⑤⑥式聯立得：v₂=2m/s……………………………………………………⑦
(3)系統增加的電勢能等于機械能的減小量
△E=(J) ……………………………………………⑧
評分標準：本題共18分，①②③④⑤⑥⑦⑧式各1分