题目内容

如图,绝缘水平地面上有宽L=0.4m的匀强电场区域,场强E = 6×105N/C、方向水平向左.不带电的物块B静止在电场边缘的O点,带电量q = 5×10-8C、质量mA =1×10-2kg的物块A在距O点s=2.25m处以v0=5m/s的水平初速度向右运动,与B发生碰撞,假设碰撞前后A、B构成的系统没有动能损失.A的质量是B的k(k>1)倍,A、B与水平面间的动摩擦因数都为μ=0.2,物块均可视为质点,且A的电荷量始终不变,取g =10m/s2.

(1)求A到达O点与B碰撞前的速度;

(2)求碰撞后瞬间,A和B的速度;

(3)讨论k在不同取值范围时电场力对A做的功.

 

(1)设碰撞前A的速度为v,由动能定理

……①

得: =4m/s       ……②

(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,且设向右为正方向;由于弹性碰撞,所以有:

          ……③

……④

联立③④并将mA=kmB及v=4m/s代入得:

m/s……⑤     

 m/s……⑥

(3)讨论:

(i)如果A能从电场右边界离开,必须满足:……⑦

联立⑤⑦代入数据,得: k>3……⑧

电场力对A做功为:WE=-qEL= 6×105×5×10-8×0.4(J)=-1.2×10-2(J)……⑨

(ii)如果A不能从电场右边界离开电场,必须满足:…⑩

联立⑤⑩代入数据,得:k≤3…⑾

考虑到k>1,所以在1<k≤3范围内A不能从电场右边界离开…⑿

又:  qE=3×10-2N>μmg=2×10-2N……⒀

所以A会返回并从电场的左侧离开,整个过程电场力做功为0.即:WE=0…⒁

评分说明:①②③④每项正确给2分;⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑾⑿⒀⒁每项正确给1分

⑤⑥两式如果没有将v的数值代入,即表达式含v,只要正确就同样给分。

 

解析:略

 

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