题目内容

如图所示,劲度系数为k的轻弹簧,左端连着绝缘介质小球B,右端连在固定板上,放在光滑绝缘的水平面上。整个装置处在场强大小为E、方向水平向右的匀强电场中。现有一质量为m、带电荷量为+q的小球A,从距B球为S处自由释放,并与B球发生碰撞。碰撞中无机械能损失,且A球的电荷量始终不变。已知B球质量为A球质量的3倍,A、B小球均可视为质点。求:
(1)A球与B球碰撞前瞬间的速度v0
(2)求A球与B球第一次碰撞后瞬间,A球的速度v1和B球的速度v2
(3)B球被碰后的运动为周期性运动,其运动周期,要使A球与B球第二次仍在B球的初始位置迎面相碰,求劲度系数k的可能取值。

(1)设A球与B球碰撞前瞬间的速度为v0
由动能定理得,      ①               …………(2分)
解得:     ②                        …………(2分)
(2)碰撞过程中动量守恒   ③      …………(1分)
机械能无损失,有    ④      …………(1分)
联立③④解得 方向向左 …………(1分)
    方向向右 …………(1分)
(3)要使m与M第二次迎面碰撞仍发生在原位置,则必有A球重新回到O处所用       的时间t恰好等于B球的
   ⑥                                      …………(1分)
(n="0" 、1 、2 、3 ……) ⑦       …………(1分)
由题意得:    ⑧                        …………(1分)
解得: (n="0" 、1 、2 、3 ……)        …………(1分)

解析

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