问题 计算题

如图所示,在一绝缘粗糙的水平桌面上,用一长为2L的绝缘轻杆连接两个完全相同、 质量均为m的可视为质点的小球A和B球带电量为+q, B球不带电.开始时轻杆的中垂 线与竖直虚线MP重合,虚线NQ与MP平行且相距4L.在MP、NQ间加水平向右、电场强 度为E的匀强电场,AB球恰能静止在粗糙桌面上。取最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求:

(1)A,B球与桌面间的动摩擦因数

(2) 若A球带电量为+8q时,S球带电量为-8q,将AB球由开始位置从静止释放,求A 球运动到最右端时拒虚线NQ的距离d,及AB系统从开始运动到最终静止所运动的总路程s:

(3) 若有质量为km、带电量为-k2q的C球,向右运动与B球正碰后粘合在一起,为 使A球刚好能到达虚线NQ的位置,问k取何值时,C与B碰撞前瞬间C球的速度最小? C球速度的最小值为多大?(各小球与桌面间的动摩擦因数都相同。)

答案

(1)(2)S=8L(3)当时,v0有最小值v0min  

题目分析:(1)以AB球整体为对象,处于静止状态,则有

 则: 

(2)从静止开始至A球运动到最右端的过程中电场力对A球作功 

电场力对B球作负功

摩擦力对AB系统作负功 

由动能定理可知 得: 

分析运动过程后可知,AB系统最终静止在电场中,对全程应用动能定理可得

   则:S="8L"

(3)C与B球碰后,C与AB系统共同速度设为v1,由动量守恒可知

 

C与球碰后至A滑到虚线NQ位置过程中,由动能定理可知

由上面三式联立得

 

时,v0有最小值v0min 

 

点评:本题结合了动能定理、动量守恒定律来研究多过程物理问题。在多过程物理问题时,应优先考虑能量或者动量观点。在处理问题时要注意动量守恒有成立条件,看看问题是否满足要求。

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