问题 问答题

光滑水平面上放有如图所示的用绝缘材料制成的“┙”型滑板,(平面部分足够长),质量为4m,距滑板的A壁为L1距离的B处放有一质量为m,电量为+q的大小不计的小物体,物体与板面的摩擦不计,整个装置处于场强为E的匀强电场中,初始时刻,滑板与物体都静止,试求:

(1)释放小物体,第一次与滑板A壁碰前物体的速度v1多大?

(2)若物体与A壁碰后相对水平面的速度大小为碰前的

3
5
,则物体在第二次跟A壁碰撞之前瞬时,滑板的速度v和物体的速度v2分别为多大?(碰撞时间可忽略,速度均指对地速度)

(3)物体从开始运动到第二次碰撞前,电场力做功为多大?

答案

(1)由动能定理得 qEL1=

1
2
m
v21
v1=
2qEL1
m

(2)若物体碰后仍沿原来方向运动,碰后滑板的速度为v,由动量守恒得

mv1=m

3
5
v1+4mv

解得,v=

v1
10
3
5
v1
,由于B与A同向运动,故不可能,

∴物块碰后必反弹,速度为v1′=-

3
5
v1

根据动量守恒定律得

mv1=-m

3
5
v1+4mv 解得 v=
2
5
v1

(2)由于碰后滑板匀速运动直至与物体第二碰撞之前,故物体与A第二次碰前,滑板的速度为 v=

2
5
v1=
2
5
2qEL1
m

物体与A壁第二碰前,设物块的速度为v2

v2=v1′+at

两物体第二次相碰时,位移相等,则有

vt=v1′+

1
2
at2

得 v=v1′+

1
2
at,

又a=

qE
m

联立解得,v2=

7
5
2qEL1
m

(3)设物体在两次碰撞之间位移为S

v22
-
v′21
=2aS

得 S=

v22
-
v′21
2a
=
[(
7
5
)2-(-
3
5
)2]
v21
2•
qE
m
=
4m
v21
5qE

故物体从开始运动到第二次碰撞前,电场力做功为 W=qE(L1+S)=

13
5
qEL1

答:

(1)释放小物体,第一次与滑板A壁碰前物体的速度v1

2qEL1
m

(2)物体在第二次跟A壁碰撞之前瞬时,滑板的速度v和物体的速度v2分别为

2
5
2qEL1
m
7
5
2qEL1
m

(3)物体从开始运动到第二次碰撞前,电场力做功为

13
5
qEL1

辨析题
单项选择题