问题 计算题

如图所示,光滑绝缘水平桌面上固定一绝缘挡板P,质量分别为的小物块A和B(可视为质点)分别带有的电荷量,两物块由绝缘的轻弹簧相连,一不可伸长的轻绳跨过定滑轮,一端与物块B 连接,另一端连接轻质小钩。整个装置处于正交的场强大小为E、方向水平向左的匀强电场和磁感应强度大小为B  、方向水平向里的匀强磁场中。物块A,B  开始时均静止,已知弹簧的劲度系数为K,不计一切摩擦及AB间的库仑力,物块A、B所带的电荷量不变,B不会碰到滑轮,物块A、B均不离开水平桌面。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对挡板P的压力为零,但不会离开P,则

(1)求物块C下落的最大距离;

(2)求小物块C下落到最低点的过程中,小物块B的电势能的变化量、弹簧的弹性势能变化量;

(3)若C的质量改为2M,求小物块A刚离开挡板P时小物块B的速度大小以及此时小物块B对水平桌面的压力.

答案

(1)  (5分)

(2) (7分)

(3)  (8分)

(1)开始时弹簧的形变量为,对物体B由平衡条件可得:

      (2分)

设A刚离开挡板时,弹簧的形变量为,对物块B由平衡条件可得:

     (2分)

故C下降的最大距离为:    (1分)

(2)物块C由静止释放下落至最低点的过程中,B的电势能增加量为:      (3分)

由能量守恒定律可知:物块由静止释放至下落至最低点的过程中,c的重力势能减小量等于

B的电势能的增量和弹簧弹性势能的增量即:

       (3分)

解得:       (1分)

(3)当C的质量为2M时,设A刚离开挡板时B的速度为V,由能量守恒定律可知:

         (3分)

解得A刚离开P时B的速度为:      (1分)

因为物块AB均不离开水平桌面,所以对物块B竖直方向受力平衡:

       (3分)

解得:       (1分)

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