问题 计算题

如图所示,劲度系数为k的轻弹簧,左端连着绝缘介质小球B,右端连在固定板上,放在光滑绝缘的水平面上。整个装置处在场强大小为E、方向水平向右的匀强电场中。现把一质量为m、带电荷量为+q的小球A,从距B球为s处自由释放,并与B球发生正碰。碰撞中无机械能损失,且A球的电荷量始终不变。已知B球的质量M=3m,B球被碰后作周期性运动,其运动周期(A、B小球均可视为质点)。求:

(1)A球与B球相碰前A的速度大小;

(2)两球第一次碰撞后瞬间,A球的速度v1和B球的速度v2

(3)要使A球与B球第二次仍在B球的初始位置迎面相碰,弹簧劲度系数k的可能取值。

答案

(1)设A球与B球碰撞前瞬间的速度为v0,由动能定理得:

                         …………………①

解得:                            …………………②

(2)由于碰撞过程极短,可以认为系统满足动量守恒:

                       …………………③

由题知碰撞过程中无机械能损失,有:

                  …………………④

解③④得:

,负号表示方向向左         …………………⑤

,方向向右                   …………………⑥

(2)要使m与M第二次迎面碰撞仍发生在原位置,则必有A球重新回到O处所用的时间t满足:

            …………………⑦

A球在电场中受电场力作用向左做减速运动至速度为0后又向右作加速运动:

                                …………………⑧

                                     …………………⑨

由题知:                      …………………⑩

解⑦⑧⑨⑩得:

       …………………⑾

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