(2013•昌平区二模)在光滑水平面上静止着A、B两个小球(可视为质点),质量均为m,A球带电荷量为q的正电荷,B球不带

(2013•昌平区二模)在光滑水平面上静止着A、B两个小球(可视为质点),质量均为m,A球带电荷量为q的正电荷,B球不带电,两球相距为L.从t=0时刻开始,在两小球所在的水平空间内加一范围足够大的匀强电场,电场强度为E,方向与A、B两球的连线平行向右,如图所示.A球在电场力作用下由静止开始沿直线运动,并与B球发生完全弹性碰撞.设两球间碰撞力远大于电场力且作用时间极短,每次碰撞过程中A、B之间没有电荷量转移,且不考虑空气阻力及两球间的万有引力.求:
(1)小球A经多长时间与小球B发生第一次碰撞?
(2)小球A与小球B发生第一次碰撞后瞬间A、B两球的速度大小分别是多少?
(3)第二次碰撞后,又经多长时间发生第三次碰撞?
jk16921 1年前 已收到1个回答 举报

沦落的PA 幼苗

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解题思路:(1)根据牛顿第二定律求出小球运动的加速度大小,再根据匀变速直线运动的位移时间公式求出小球A与B碰撞的时间.
(2)两球间碰撞力远大于电场力且作用时间极短,知碰撞的过程中动量守恒,根据动量守恒定律和机械能守恒定律求出小球A与小球B发生第一次碰撞后瞬间A、B两球的速度大小.
(3)第一次碰撞后,小球A做初速度为0的匀加速直线运动,小球B以 vB1'的速度做匀速直线运动,两小球发生第二次碰撞的条件是:两小球位移相等.根据动量守恒定律和机械能守恒定律,结合运动学公式两球第二次碰撞后的速度,再结合运动学公式求出发生第三次碰撞的时间.

(1)小球A在电场力的作用下做匀加速直线运动,
L=
1
2at12
a=[qE/m] 
解得:t1=

2mL
qE.
(2)小球A与小球B发生完全弹性碰撞,设A球碰前速度为vA1,碰后速度为vA1',B球碰前速度为0,碰后速度为vB1',
m vA1=m vA1'+m vB1'

1
2m vA12=
1
2m vA1′2+
1
2m vB1′2
联立得:vA1'=0
vB1'=vA1
vA1=at1=

2qEL
m
所以:vA1'=0,vB1'=

2qEL
m
(3)第一次碰撞后,小球A做初速度为0的匀加速直线运动,小球B以 vB1'的速度做匀速直线运动,两小球发生第二次碰撞的条件是:两小球位移相等.
设第二次碰撞A球碰前速度为vA2,碰后速度为vA2',B球碰前速度为vB2,碰后速度为vB2',
vA2=at2=[qE/mt2
vB2=vB1'=

2qEL
m].

1
2at22=vB2t2   
 解得:t2=2

2mL
qEvA2=at2=2

2qEL
m.
m vA2+m vB2=m vA2'+m vB2'

1
2mvA22+
1
2mvB22=
1
2mvA2′2+
1
2mvB2′2
联立得:vA2'=vB2
vB2'=vA2
所以:vA2'=

2qEL
m
vB2'=2

2qEL
m
第二次碰撞后,小球A做初速度为

2qEL
m的匀加速直线运动,小球B以 vB2'的速度做匀速直线运动,两小球发生第三次碰撞的条件是:两小球位移相等.
设第三次碰撞A球碰前速度为vA3,碰后速度为vA3',B球碰前速度为vB3,碰后速度为vB3',
vB3=vB2'=2

2qEL
m


2qEL
mt3+
1
2at32=vB3t3
解得:t3=2

2mL
qE          
即完成第二次碰撞后,又经t3=2

2mL
qE的时间发生第三次碰撞,该时间不再发生变化.
答:(1)小球A与小球B发生第一次碰撞所需的时间为t1=

2mL
qE.
(2)小球A与小球B发生第一次碰撞后瞬间A、B两球的速度大小分别是0,

2qEL
m.
(3)第二次碰撞后,又经t3=2

2mL
qE发生第三次碰撞.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;匀变速直线运动的公式;机械能守恒定律.

考点点评: 本题综合考查了动量守恒定律和能量守恒定律,知道质量相等的两个小球发生弹性碰撞,速度交换.

1年前

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