题目内容

如图所示,挡板P固定在足够高的水平桌面上,小物块A和B大小可忽略,它们分别带有+qA和+qB的电荷量,质量分别为mA和mB.两物块由绝缘的轻弹簧相连,一不可伸长的轻绳跨过轻滑轮,一端与B连接(绳与桌面平行),另一端连接一轻质小钩.整个装置处于场强为E、方向水平向左的匀强电场中.A、B开始时静止,已知弹簧的劲度系数为k,不计一切摩擦及A、B之间的库仑力,A、B所带电荷量保持不变,B不会碰到滑轮.

(1)若在小钩上挂一质量为M的物块C并由静止释放,当C下落到最低点时,可使物块A对挡板P的压力恰为零,但不会离开P,求物块C下降的最大距离;

(2)若C的质量改为2M,则当A刚离开挡板P时,B的速度多大?   

解:(1)开始时弹簧的压缩量为X1

  由平衡条件:   可得

   设当A刚离开档板时弹簧的伸长量为X2

  由:  可得

 故C下降的最大距离为:

 由以上三式可解得:

(2)由能量守恒定律可知:C物体下落h过程中,C的重力势能的减少量等于B的电势能的增量和弹簧弹性势能的增量以及系统动能的增量之和,两种情况下弹簧弹性势能的增量相同.

  当C的质量为M时:

  当C的质量为2M时,设A刚离开挡板时B的速度为v

  

 由以上二式式可解得A刚离开P时B的速度为:

 

如果利用了弹性势能的表达式,结果是:

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