题目内容

质量均为m的两个小物体AB,静止放在足够长的水平面上,相距L=12.5m。它们跟水平面间的动摩擦因数均为μ=0.2,其中A带电荷量为q的正电荷,与水平面的接触是绝缘的,B不带电。现在水平面附近空间加一水平向右的匀强电场,场强E=3mg/10qA便开始向右运动,并与B发生多次对心碰撞,碰撞过程时间极短,每次碰撞后两物体交换速度,A带电量不变,B始终不带电。g取10m/s2。试求(1)AB第1次碰撞后B的速度大小;(2)AB从第2次碰撞到第3次碰撞过程中B运动的时间;(3)小物体A运动过程中电势能变化的最大值

                                                                                  

解析:(1)对A,根据牛顿第二定律 ,解得加速度 1m/s2

根据公式  解得AB碰前速度 m/s

碰撞交换速度,第1次碰后,A的速度为0,B的速度 m/s。

(2)       对B,根据牛顿第二定律 ,解得加速度大小m/s2

每次碰后B作匀减速运动,因其加速度大于A的加速度,所以B先停,之后A追上再碰,每次碰后A的速度均为0,然后加速再与B发生下次碰撞。

第1次碰撞:碰后B运动的时间

第2次碰撞:碰前A的速度为,则

为第1次碰后B的位移,则

由以上两式得

碰后B的速度

从第2次碰撞到第3次碰撞过程中,碰后B运动的时间

tB2=vB2/aB= vA2/2= vA1/2=5/4s

(3)根据第(2)问的分析,经过n次碰撞后B的速度

从第1次碰撞到第n次碰撞后B通过的总路程

所以

时,即得B通过的总路程

EP(max)=-qE(L+x)=-7.5mg


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