题目内容
【题目】如图，光滑绝缘水平面上静置两个质量均为m、相距为x0的小球A和B，A球所带电荷量为+q，B球不带电。现在A球右侧区域的有限宽度范围内加上水平向右的匀强电场，电场强度为E，小球A在电场力作用下由静止开始运动，然后与B球发生弹性正碰，A、B碰撞过程中没有电荷转移，且碰撞过程时间极短，求：
(1)A球与B球发生第一次碰撞后B球的速度；
(2)从A球开始运动到两球在电场中发生第二次碰撞前电场力对A球所做的功；
(3)要使A、B两球只发生三次碰撞，所加电场的宽度d应满足的条件。
【答案】（1）
（2）5qEx0（3）8x0<d≤18x0
【解析】
（1）设A球与B球第一次碰撞前的速度为v0，碰撞后的速度分别为vA1、vB1。
对A，根据牛顿第二定律得：qE=ma
由运动学公式有：v02=2ax0。
解得：v0=
对于AB碰撞过程，取向右为正方向，由动量守恒定律和机械能守恒定律得：
mv0=mvA1+mvB1
mv02=mvA12+mvB12。
解得：vB1=v0=，vA1=0
（2）设第一次碰撞到第二次碰撞前经历的时间为t1．有：xA1=vA1t1+at12=vB1t1
从A球开始运动到两球在电场中发生第二次碰撞前电场力对A球所做的功为：
W=qE（x0+xA1）
解得：W=5qEx0。
（3）设第二次碰撞前A的速度为vA1′，碰撞后A、B的速度分别为vA2、vB2．有：
vA1′=vA1+at1。
第二次碰撞过程，有：
mvA1′+mvB1=mvA2+mvB2。mvA1′2+mvB12=mvA22+mvB22。
第二次碰撞后，当A球速度等于B球速度vB2时，A球刚好离开电场，电场区域宽度最小，有：vB22-vA22=2a△x1。
A、B两球在电场中发生第三碰撞后，当A球速度等于B球速度时，A球刚好离开电场，电场区域的宽度最大，设第三次碰撞前A球的速度为vA2′，碰撞后A、B的速度分别为vA3、vB3．二、三次碰撞间经历的时间为t2．有：
xA2=vA2t2+at22=vB2t2。
vA2′=vA2+at2。
第三次碰撞过程，有：mvA2′+mvB2=mvA3+mvB3mvA2′2+mvB22=mvA32+mvB32．
vB32-vA32=2a△x2
所以电场区域宽度d应满足的条件为：x0+xA1+△x1＜d≤x0+xA1+xA2+△x2。
解得：8x0＜d≤18x0
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