题目内容
【题目】如图所示，电容器固定在一个绝缘座上，绝缘座放在光滑水平面上，平行板电容器板间距离为d，右极板有一小孔，通过孔有绝缘杆，左端固定在左极板上，电容器极板连同底座、绝缘杆总质量为M。给电容器充电后，有一质量为m的带正电环恰套在杆上以某一速度v0对准小孔向左运动，设带电球不影响电容器板间电场的分布。带电环进入电容器后距左极板的最小距离为d/2，试求：
(1)带电环与左极板相距最近时的速度v；
(2)此过程中电容器移动的距离x；
(3)此过程中电势能的变化量Ep.
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】（1）带电环进入电容器后在电场力的作用下做初速度为v0的匀减速直线运动，而电容器则在电场力的作用下做匀加速直线运动，当它们的速度相等时，带电环与电容器的左极板相距最近，由系统动量守恒定律可得：mv0=（M+m）v
解得：
（2）根据运动学基本公式得：
，
根据位移关系有
，
解得：
（3）在此过程，系统中，带电小环动能减少，电势能增加，同时电容器等的动能增加，系统中减少的动能全部转化为电势能．
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