题目内容

在光滑水平面上方的空间内有一个匀强电场,其方向沿水平面向右,电场强度为E,如图所示。水平面上有两个静止的小球A和B(均可视为质点),两小球的质量均为m,A球带电量为+q,B球不带电。开始时两球相距L,在电场力的作用下,A球开始沿水平面向右运动,并与B球发生碰撞。每次碰撞后A、B两球速度互换(碰撞时没有能量损失),碰撞时A、B两球间无电荷转移,不考虑两球间的万有引力,不计碰撞时间。问:

(1)A球经过多长时间与B球发生第一次碰撞?

(2)再经过多长时间A球与B球发生第n次碰撞?

解析

 (1)B球不带电,静止不动。A球在电场力作用下向右做匀加速运动,当其对地位移等于L时,A、B两球发生第一次碰撞。

对A球,由牛顿第二定律:Eq=ma……1分

A球的位移:L=at12……1分

所以A、B两球发生第一次碰撞所用时间为:t1=……2分

A、B两球第二次相碰后,A、B两球交换速度,设再经Δt3时间A、B第三次相碰,则相碰时它们对地位移相等。

A球做匀加速运动,其位移为xA2=v1Δt3+aΔt3……1分

B球做匀速运动,其位移为xB2=v2Δt3……1分

解得Δt3=Δt2=2 t1……1分

所以从A球开始运动到与B球发生第三次碰撞,所用时间为:

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