题目内容

如图所示,水平地面上方被竖直线MN分隔成两部分,M点左侧地面粗糙,与B球间的动摩擦因数为μ=0.5,右侧光滑.MN右侧空间有一范围足够大的匀强电场。在O点用长为R=0.5m的轻质绝缘细绳,拴一个质量mA=0.04kg,带电量为q=+210-4 C的小球A,在竖直平面内以v=10m/s的速度做顺时针匀速圆周运动,小球A运动到最低点时与地面刚好不接触。处于原长的弹簧左端连在墙上,右端与不带电的小球B接触但不粘连,B球的质量mB=0.02kg,此时B球刚好位于M点。现用水平向左的推力将B球缓慢推至P点,弹簧仍在弹性限度内且此时弹簧的弹性势能EP=0.26JMP之间的距离为L=10cm,当撤去推力后,B球沿地面向右滑动恰好能和A球在最低点处发生正碰,并瞬间成为一个整体CABC均可视为质点),碰撞前后电荷量保持不变,碰后瞬间立即把匀强电场的场强大小变为E=1.3104N/C,电场方向不变。求:(取g=10m/s2

(1).AB两球在碰撞前匀强电场的大小和方向;

(2).AB两球在碰撞后瞬间整体C的速度大小及绳子拉力大小;

(3).整体C运动到最高点时绳的拉力大小。

 


(1)要使小球在竖直平面内做匀速圆周运动,必须满足

          F=Eq=mAg                                 (1分)

          所以 =2×103N/C                   (1分)

方向竖直向上                    (1分)

(2)设小球运动到点时速度为,由功能关系得

                      (2分)

两球碰后结合为,设的速度为,由动量守恒定律得

                (2分)

电场变化后,因    

         

所以  

则                                    (2分)     

(3).设到最高点时速度为由动能定理得:

       (2分)

在最高点由牛顿运动定律得:    (2分)    

求得                                (1分)

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