题目内容
(21分)在倾角为30°的光滑斜面上有相距40m的两个可看作质点的小物体P和Q,质量分别mP=0.1kg和mQ=0.5kg,其中P不带电,Q带电。整个装置处在正交的匀强电场和匀强磁场中,电场强度的大小为50V/m,方向竖直向下;磁感应强度的大小为T,方向垂直纸面向里。开始时,将小物体P无初速释放,当P运动至Q处时,与静止在该处的小物体Q相碰,碰撞中Q的电荷量保持不变(即不转移)。碰撞后,两物体能够再次相遇。斜面无限长,g取10m/s2。求:
(1)试分析物体Q的带电性质并求出电荷量大小;
(2)分析物体P、Q第一次碰撞后物体Q可能的运动情况,此运动是否为周期性运动?若是,物体Q的运动周期为多大?
(3)物体P、Q第一次碰撞结束后瞬间P、Q的速度大小各是多少
【答案】
(1)且物体Q带负电
(2)2s
(3)
【解析】
(1)对物体Q,在碰撞之前处于静止状态,由平衡条件知:
(2分) 得且物体Q带负电(2分)
(2)物体P、Q碰撞之后,物体Q受重力、电场力、洛伦兹力的作用,由于重力和电场力等大反向,故物体Q将在斜面上方做匀速圆周运动. (2分)
对物体Q (2分)
匀速圆周运动的周期 (2分)
(3)要使P、Q能够再次相遇,则相遇点一定为P、Q的第一次碰撞点,物体P在碰撞后一定反向弹回,再次回到碰撞点时再次相遇。
对物体P,从释放到与Q碰撞之前,由运动学公式有:
得 (2分)
对物体P和Q,在碰撞过程中,动量守恒有
(2分)
对物体P,时间关系: ()(2分)
当k=1时,,,(1分)
当k=2时,,,(1分)
当k=3时,,,系统总动能增加不满足能量守恒定律。
同理分析可知K只能取1、2,综上所述碰撞过程结束后P、Q的速度可能是
。(3分)
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