题目内容
如图所示,在光滑绝缘的水平面上,存在平行于水平面向右的匀强电场,电场强度为E=1.0×105N/C。水平面上放置两个静止的小球A和B(均可看作质点),两小球质量均为m=0.10 kg,A球带电量为Q=+1.0×10-5C,B球不带电,A、B连线与电场线平行。开始时两球相距L=5.0 cm,在电场力作用下,A球开始运动(此时为计时零点,即t=0),后与B球发生对心碰撞,碰撞过程中A、B两球总动能无损失,碰后两球交换速度。设在各次碰撞过程中,A、B两球间无电量转移,且不考虑两球碰撞时间及两球间的万有引力。求:
(1)第一次碰撞结束瞬间B球的速度为多大?从A球开始运动到发生第一次碰撞所经历的时间是多少?
(2)分别在下面坐标系中,用实线作出A、B两球从计时零点开始到即将发生第三次碰撞这段时间内的v-t图象。要求写出必要的演算推理过程。
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⑴A球的加速度为
=10 m/s2---------(1分)
第一次碰撞前A的速度为
=1 m/s------------(1分)
第一次碰撞后A的速度为
=0
第一次碰撞后B的速度为
=1 m/s--------------(1分)
从开始计时到第一次碰撞时间为
=0.1 s---------(1分)
⑵第一次碰撞后,A球做初速度为0、加速度为a的匀加速运动,B球做速度为
的匀速直线运动。设在t2时刻发生第二次碰撞,由两次碰撞之间两球位移相等得
----------------------------(2分)
代入数据解得t2=3t1=0.3s-------------------------(1分)
设第二次碰撞前时间A、B两球速度分别为
和
,则
=2m/s--------(1分)
=1m/s----------(1分)
设第二次碰撞后瞬间A、B两球速度分别为
和
,由碰撞后交换速度可得
=1m/s
=2m/s----------(1分)
设t3时刻发生第三次碰撞,由两球位移相等有
--------------(2分)
解得 t3=0.5s------------(1分)
设第三次碰撞前瞬间A、B两球速度分别为
和
,则
这段过程的υ-t图象如下图所示。---------------(4分)
| A、小球P的带电量缓慢减小,则它往复运动过程中振幅不断减小 | B、小球P的带电量缓慢减小,则它往复运动过程中每次经过O点时的速率不断减小 | C、点电荷M、N的带电量同时等量地缓慢增大,则小球P往复运动过程中周期不断减小 | D、点电荷M、N的带电量同时等量地缓慢增大,则小球P往复运动过程中振幅不断减小 |