问题 计算题

在光滑绝缘的水平面上,用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B。A球的带电量为+2q,B球的带电量为-3q,组成一带电系统,如图所示,虚线MP为AB两球连线的垂直平分线,虚线NQ与MP平行且相距5L。最初A和B分别静止于虚线MP的两侧,距MP的距离均为L,且A球距虚线NQ的距离为4L。若视小球为质点,不计轻杆的质量,在虚线MP,NQ间加上水平向右的匀强电场E后,试求:

(1)B球刚进入电场时,带电系统的速度大小;

(2)带电系统向右运动的最大距离;

(3)带电系统从开始运动到速度第一次为零时,B球电势能的变化量。

答案

解:(1)设带电系统开始运动时,系统的速度为v1

对A、B系统应用动能定理:2qEL=(2m)v12

则v1=

(2)设球A向右运动s时,系统速度为零

由动能定理:A球电场力做功等于B球克服电场力做功

则2qE′s=3qE′(s-L)

则s=3L

(3)B球进入电场距离为2L,B球克服电场力做功WFB=6qEL

则B球电势能增加了6qEL

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