题目内容

【题目】如图所示,沿水平方向放置一条平直光滑槽,它垂直穿过开有小孔的两平行薄板,板相距3.5L。槽内有两个质量均为m的小球A和B,A球带电量为+q,B球带电量为-3q,两球由长为2L的轻杆相连,组成一带电系统。最初A和B分别静止于左板的两侧,离板的距离均为L。若视小球为质点,不计轻杆的质量,现在两板之间加上与槽平行,场强为E的向右的匀强电场后(设槽和轻杆由特殊绝缘材料制成,不影响电场的分布),带电系统开始运动。试求:

(1)从开始运动到B球刚进入电场时,带电系统电势能的改变量E;

(2)以右板电势为零,带电系统从开始运动到速度第一次为零时,A球所在位置的电势φ为多大?

(3)带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间。

【答案】

【1】

【2】

【3】

【解析】

(1)根据电场力做功可以求出电势能的该变量

(2)求出运动的位移,再根据由板电势为零,可以求出带电系统从运动到速度第一次为零时A球所在位置的电势UA

(3) 根据运动学公式求分段求出运动时间,则总时间也就求出来了

(1)设球B刚进入电场时,电场力做功使带电系统电势能减少

(2)设B进入电场后带电系统又运动了s速度变为零,

由动能定理得

计算得出,即离右板距离为L带电系统速度第一次为零

以右板电势为零,速度第一次为零的位置电势大于零,所以带电系统速度第一次为零时,球A所在位置的电势为

(3)设A球运动了L时速度为,由动能定理得

计算得出,

由

运动时间为

A球运动s时加速度为,

由

得.

所以带电系统速度第一次为零所需的时间为

分析带电系统在本装置中受到的电场力,再结合运动的位移可以求出电场力做功,则电势能的变化即可求出来。

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