24.(安徽卷)(20分)如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103V/m。一不带电的绝缘小球甲,以速度υ0沿水平轨道向右运动,与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞。已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg,乙所带电荷量q=2.0×10-5C,g取10m/s2。(水平轨道足够长,甲、乙两球可视为质点,整个运动过程无电荷转移)

(1) 甲乙两球碰撞后,乙恰能通过轨道的最高点D,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离;

(2)在满足(1)的条件下。求的甲的速度υ0;

(3)若甲仍以速度υ0向右运动,增大甲的质量,保持乙的质量不变,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围。

答案:(1)0.4m   (2)   (3)<<

解析:

(1)在乙恰好能通过轨道的最高点的情况下,设乙到达最高点的速度为,乙离开D点达到水平轨道的时间为t,乙的落点到B点的距离为,则

                  ①

                 ②

                       ③

联立①②③得:               ④

(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为、,根据动量守恒和机械能守恒定律有:

                   ⑤

               ⑥

联立⑤⑥得:                 ⑦

由动能定理得:  ⑧

联立①⑦⑧得:      ⑨

(3)设甲的质量为M,碰撞后甲、乙的速度分别为、,根据动量守恒和机械能守恒定律有:

                   (10)

               (11)

联立(10)(11)得:            (12)

由(12)和,可得:<         (13)

设乙球过D点的速度为,由动能定理得

            (14)

联立⑨(13)(14)得:<          (15)

设乙在水平轨道上的落点到B点的距离为,则有

                          (16)

联立②(15)(16)得:<<

 0  273691  273699  273705  273709  273715  273717  273721  273727  273729  273735  273741  273745  273747  273751  273757  273759  273765  273769  273771  273775  273777  273781  273783  273785  273786  273787  273789  273790  273791  273793  273795  273799  273801  273805  273807  273811  273817  273819  273825  273829  273831  273835  273841  273847  273849  273855  273859  273861  273867  273871  273877  273885  447090 

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