问题 计算题

质量均为m的两个小物体A和B,静止放在足够长的水平面上,相距L=12.5m。它们跟水平面间的动摩擦因数均为μ=0.2,其中A带电荷量为q的正电荷,与水平面的接触是绝缘的,B不带电。现在水平面附近空间加一水平向右的匀强电场,场强,A便开始向右运动,并与B发生多次对心碰撞,碰撞过程时间极短,每次碰撞后两物体交换速度,A带电量不变,B始终不带电。g取10 m/s2。试求:

(1)A与B第1次碰撞后B的速度大小;

(2)A与B从第5次碰撞到第6次碰撞过程中B运动的时间;

(3)B运动的总路程。

答案

解:(1)对A,根据牛顿第二定律:Eq-μmg=maA

解得加速度aA=1 m/s2

根据公式vA12=2aAL

解得A与B碰前速度vA1=5 m/s

碰撞交换速度,第1次碰后,A的速度为0,B的速度vB1=vA1=5 m/s

(2)对B,根据牛顿第二定律:μmg=maB

解得加速度大小aB=2 m/s2

每次碰后B做匀减速运动,因其加速度大于A的加速度,所以B先停,之后A追上再碰,每次碰后A的速度均为0,然后加速再与B发生下次碰撞

第1次碰撞:碰后B运动的时间

第2磁碰撞:碰前A的速度为vA2,则vA22=2aAxB1

XB1为第1磁碰后B的位移,则vB12=vA12=2aBxB1

由以上两式得

碰后B的速度

碰后B运动的时间

以此类推,第5次碰撞后B运动的时间

(3)解法1:经过无数次碰撞,最终A、B停在一起;每次碰撞交换速度,说明碰撞过程无机械能损失,设B运动的总路程为x,根据能量守恒Eq(L+x)=μmg(L+x)+μmgx

解得x=12.5m

解法2:根据第(2)问的分析,经过n次碰撞后B的速度

从第1次碰撞到第n次碰撞后B通过的总路程

所以

当n→∞时,即得B通过的总路程x=12.5m

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