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。
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