题目内容
如图所示,挡板P固定在足够高的水平光滑桌面上,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滑轮,一端与B连接,另一端连接一轻质小钩。整个装置处于场强大小为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间的库仑力,A、B所带电荷量保持不变,B不会碰到滑轮。重力加速度为g。
(1)若在小钩上挂一质量为M的物块C并由静止释放,可使物块A恰好能离开挡板P,求物块C下落的最大距离;
(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?
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解:
(1)A、B开始静止时,对B: QBE=kx1
A恰能离开挡板,对A: QAE=kx2
物块C下落的最大距离等于弹簧长度的改变长量,
LC=x1+x2=(QA+QB)E/k
(2)上一过程C减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能,及B增加的电势能,所以这两部分能量总值E′=MgLC
C质量改为2M时,则当A刚离开挡板P时,弹簧的弹性势能与B增加的电势能之和还是E,B、C速度相等。根据能量守恒:2MgLC=E’+(2M+m)v2/2
V=[2Mg(QA+QB)E/k(2M+m)]1/2
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