题目内容

如图所示,三块平行金属板竖直固定在表面光滑的绝缘小车上,并与车上电池连接,小车(包括装置)的总质量为M,A、B板和B、C板间的距离均为L,金属板B、C上开有小孔,两小孔的连线沿水平方向且垂直于三块金属块,整个装置静止在光滑的水平面上.已知电池G的电动势为U1,电池H的电动势为U2.现有一质量为m、带电荷量为+q的小球以初速度v0沿两孔连线方向射入小车(设带电小球不影响板间电场).求:

(1)小球由C板到B板的过程中,小球和小车(包括装置)组成的系统机械能增加多少?

(2)为使小球不打到A板上,电池H的电动势U2应满足什么条件?

答案:
解析:

解析:(1)小球由C板到B板的过程中,电场力做正功,电势能减少qU1,由能量守恒,系统增加的机械能ΔE=qU1.

  (2)从情景看,小球未碰A前与车有向左的共同速度v,由动量守恒:mv0=(M+m)v  ①

  从能的转化与守恒看,应满足:

  mv02+qU1<(M+m)v2+qv2                                            ②

  由①②得,U2>U1+

  答案:(1)qU1    (2)U2>U1+

  小结:重力势能、电势能均属于系统共有的能量,故②中,不等式两边的能量分别对应始末状态系统的总能量.掌握它,可使分析过程简化.

  引申:为使小球打到A板上,可采取哪些措施?

  解析:设小球接触A板前的速度为v1,小车的速度为v2,由能量守恒,有mv02+qU1=mv12+Mv22+qU2.

  要小球打在A板上,有v1>v2,

  即满足:mv02+qU1>(M+m)v22+qU2.

  可增加小球初动能和G的电动势U1,减小H的电动势U2.

 


提示:


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