问题 计算题

如图所示,竖直的xOy平面内,在x≤0、y≥0的区域内有电场强度E1=5×102N/C、方向竖直向下的匀强电场,x>0、y<0的区域内有电场强度为E2、方向竖直向上的匀强电场,E2=5El。不带电的小球B在xOy面内绕x轴上的O1点沿顺时针做圆周运动,运动到O点时速度大小vo=20m/s,带正电的小球A在y轴上纵坐标y1=0.4m的P点静止释放,恰好和B在O点发生正碰,并瞬间合成一个整体C,C能够经过最高点02和最低点03做圆周运动。A,B的质量都是m=0.1kg,拴小球B的轻质绝缘细绳长L=0.8m,A的电荷量q=2×10-3C,A、B、C都可以看作质点,g取10m/s2。求:

(1)小球A下落到O点的速度v1是多大?

(2)C运动到03时,绳对C的拉力T是多大?

(3)小球A从y轴上y>0的某些位置开始下落,恰好在O点与B合成为C后,不能够做经过02和03的圆周运动。求这些位置的范围?

答案

解:(1)由动能定理有(qE1+mg)y1

解得v1=4m/s

(2)设A与B碰后共同速度为v2,以竖直向上为正方向

由动量守恒得mv0-mv1=2mv2

解得v2=8m/s

设C运动到O3时速度v3,则

解得T=7N

(3)C不能做能够经过O2和O3的圆周运动,即C不能达到能够经过O2和O3所需的最小速度。设C能够做经过O2的圆周运动,在O2所需的最小速度为v4,设C能够做经过O3的圆周运动,在O3所需的最小速度为v5,则

 

v4m/s,v5m/s

C经过O3时速度为v5m/s,设经过O2时速度为v6,则

由于>0

所以v6>v5m/s>v4m/s

即C能够做经过O3就一定能够做经过O2

当C能够做经过O3的速度小于v5m/s时,不能做能够经过O2和O3的圆周运动

设C经过O3的速度为v5时,A与B碰后在O点的共同速度为v7,则

v7=6m/s

C在O点的速度只要大小为v7,不管是向上还是向下,C都能够经过O3

设C的速度向上时,碰前A的速度为v8,在y轴上开始位置的坐标为y2,则

mv0-mv8=2mv7

(qE1+mg)y2

解得v8=8m/s,y2=1.6m

设C的速度向下时,碰前A的速度为v9,在y轴上开始位置的坐标为y3,则

mv0-mv9=-2mv7

(qE1+mg)y3

解得v9=32m/s,y3=25.6m

即1.6m<y<25.6m时,C不能做能够经过O2和O3的圆周运动

多项选择题 X型题
单项选择题