(2004•常州二模)在电场强度为E的匀强电场中,有一条与电场线平行的几何线,如图中虚线所示.几何线上有两个静止的小球A

(2004•常州二模)在电场强度为E的匀强电场中,有一条与电场线平行的几何线,如图中虚线所示.几何线上有两个静止的小球A和B(均可看作质点),两小球的质量均为m,A球带电荷量+Q,B球不带电.开始时两球相距L,在电场力的作用下,A球开始沿直线运动,并与B球发生正对碰撞,碰撞中A、B两球的总动能无损失.设在各次碰撞过程中,A、B两球间无电量转移,且不考虑重力及两球间的万有引力.问:
(1)A球经过多长时间与B球发生第一次碰撞?
(2)第一次碰撞后,A、B两球的速度各为多大?
(3)请猜测在以后A、B两球再次不断地碰撞的时间间隔会相等吗?并对猜测的结论进行论证.如果相等,请计算出时间间隔T,如果不相等,请说明理由.
漫漫鱼摆摆 1年前 已收到1个回答 举报

147443994a 幼苗

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解题思路:(1)对小球A进行研究,根据牛顿第二定律和运动学的公式求解
(2)由动量守恒和机械能守恒列出等式求解
(3)第二次碰撞后,分析物体的运动,由位移关系求解.

(1)对小球A进行研究,根据牛顿第二定律和运动学的公式有,
QE=ma①
L=[1/2]at2
解①②得t=

2ml
QE③
(2)由动量守恒得,mv=mv1+mv2
又由碰撞的过程中无机械能损失,得[1/2]mv2=[1/2]mv12+[1/2]mv22,⑤
其中v1为A碰撞后的速度,v2为B碰撞后的速度
解④⑤得,v1=0,v2=v ⑥
又由动能定理,[1/2]mv2=QEL ⑦
故v1=0,v2=

2QEL
m⑧
(3)由(2)可知,A、B两球碰后速度交换,
故[1/2]at22=v2t2
∴t2=
2v2
a,
第二次碰撞后A球速度为v2,B球速度为v3,所以v3=at2=2v2
由位移关系得v2t3+[1/2]at32=v3t3
∴t3=
2v2
a,⑨
依此类推,得vn-1tn+[1/2]atn2=vntn
得tn=
2v2
a,所以T=
2v2
a=2

2ml
QE,故间隔相等.
答:(1)A球经过

2ml
QE时间与B球发生第一次碰撞.
(2)第一次碰撞后,A、B两球的速度各为v1=0,v2=

2QEL
m.
(3)A、B两球再次不断地碰撞的时间间隔相等.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;牛顿第二定律;机械能守恒定律.

考点点评: 本题以带电粒子在电场中的运动为核心命题,考查了电场力做功、动量守恒、动能定理和利用数学方法解决物理问题的能力等.解题的难点在于猜测碰撞的时间间隔是否相等,然后利用不完全归纳的方法得出结论.当然还可以利用图象来计算出时间间隔.解决时关键点在于二者碰撞的过程中位移相等.

1年前

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