题目内容
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)已知带电系统速度第一次为零时,球A、B分别在右极板两侧。试分析带电系统的运动是否为往复运动?若是,请计算其运动周期。若不是,请说明理由。
解:(1)带电系统开始运动时,设加速度为a1,由牛顿第二定律:
=
(1)球B刚进入电场时,带电系统的速度为v1,有:
(2)由③④求得:
(3)(2)带电系统的运动为往复运动设球B从静止到刚进入电场的时间为t1,则:
(4)将(1)、(3)代入(4)得:
(5)球B进入电场后,带电系统的加速度为a2,由牛顿第二定律:
(6)显然,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,则有:
(7)
(8)求得:
(9)球A离电场后,带电系统继续做减速运动,设加速度为a3,再由牛顿第二定律:
(10)设球A从离开电场到静止所需的时间为t3则有:
(11) 求得:
(12)由(5)(9)(12)可知,带电系统从静止到速度第一次为零所需的时间为:
(13)故带电系统的运动周期为
(14)以上每式1分,共14分
练习册系列答案
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