题目内容
(21分)如图(一)所示的竖直平面内有范围足够大、水平向右的匀强电场,一轨道由两段直杆和一半径为0.20m的半圆环组成,固定在纸面所在的竖直平面内。直杆MN、PQ水平且足够长,MNAP段是光滑的(其中A点是半圆环的中点),PQ段是粗糙的。现有一质量为m、带电+q的小环甲(可视为质点)套在MN杆上,它所受电场力为其重力的0.4倍。
(1)将小环甲从N点左侧1. 6m处由静止开始释放,如图(一),且知小环甲与直杆PQ间的动摩擦因数为0. 5,且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,求小环甲在水平杆PQ上通过的路程。
(2)若另一质量也为m、不带电的绝缘小环乙(视为质点)套在MN杆上的N点,如图(二),现从NM杆上的D点由静止释放小环甲,小环甲此后与乙碰撞时间极短,且碰后瞬间两者速度相同但不粘连,乙环沿NAP运动到P点时刚好停止,求DN间的距离x0。
解析:
(1)因为甲在PQ上运动s停下时,山子电场力小于摩擦力,将不再运动,对整个运动过程,由动能定理:
qE?L-mg?2R-qE?s-μmg?s=0 4分
qE=0.4mg 1分
得:s=0.27m 3分
(2)甲、乙在N点碰撞前,设甲的速度为v,甲从D点到N点,由动能定理有:
qEx0= 2分
设甲、乙在N点碰撞后的速度为vN ,由动量守恒守律有:
mv=2m vN 2分
甲、乙整体从N点到A点,由动能定理有:
-mgR+qER=- 3分
碰后甲乙共同运动到A点分离,由乙刚好能达到P点,从A到P,对乙由机械能守恒定律:mgR= 3分
联立以上各式得:x0=3.6m 3分
A、此振动系统的固有频率约为3Hz | B、此振动系统的固有频率约为0.25Hz | C、若圆盘匀速转动的周期增大,系统的振动频率不变 | D、若圆盘匀速转动的周期增大,共振曲线的峰值将向右移动 |