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(08年厦门外国语学校月考)(18分)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,球A带电量为+2q,球B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,在两板间加上与槽平行向右的匀强电场E后(设槽和轻杆由特殊绝缘材料制成,不影响电场的分布),求:

(1)球B刚进入电场时,带电系统的速度大小;

(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零时球A相对于右板的位置l;

(3)带电系统从开始运动到速度第一次为零时所需的时间。

(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,=     (2分)

 

球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:       (2分) 

 

由③④求得:                                 (2分)

 

(2) 对带电系统进行分析,假设球A能达到右极板,电场力对系统做功为W1,有:

 

    

 

而且还能穿过小孔,离开右极板。 

 

假设球B能达到右极板,电场力对系统做功为W2,有:

 

 

综上所述,带电系统速度第一次为零时,球A、B应分别在右极板两侧。(3分)  

 

 

 根据动能定理有2qE(3.5L-L)=3qE(3.5L+l-2L) 得l=L/6      (3分)

 

(3)设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:        

 

将③⑤代入⑥得:      ①(1分)

 

球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,  (1分)

 

带电系统做匀减速运动。设球A刚达到右极板时的速度为v2,减速所需时间为t2,有:                      

 

求得:   ②(1分)

 

球A离电场后,带电系统继续做减速运动,设加速度为a3,   (1分)  

 

设球A从离开电场到静止所需的时间为t3,

 

            求得:      ③ (1分)

 

由①②③可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:

 

    (1分)

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