综合题20.0分
物理

在光滑绝缘水平面上方某区域(X≤3L)有沿x轴正方向的水平匀强电场,电场强度的大小及分布情况如图1所示。将质量为m1、电荷量为+q的带电小球A在x=0处由静止释放,小球A将与质量为m2、静止于x=L处的不带电的绝缘小球B发生正碰。已知两球均可视为质点,碰撞时间极短,且碰撞过程中没有机械能的损失,没有电荷量的转移。 E0、L为已知。

21.若,小球A与小球B发生碰撞后二者交换速度,求:

a.两小球第一次碰撞前,小球A运动的时间t0以及碰撞前瞬时的速度大小v0

b.在图2中画出小球A自x=0处运动到x=5L处过程中的v-t图像。

22.若,通过计算分析说明无论倍数k取何值,小球A均可与小球B发生第二次碰撞。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

a.小球A第一次与小球B碰撞前做初速度为零的匀加速直线运动

加速度    

运动时间  

小球A与小球B碰撞前瞬时速度

b.小球A自x=0处运动到x=5L处的过程中的v-t图像如答图所示

解析

a.小球A第一次与小球B碰撞前做初速度为零的匀加速直线运动

加速度     

运动时间   

小球A与小球B碰撞前瞬时速度

b.小球A自x=0处运动到x=5L处的过程中的v-t图像如答图所示

考查方向

牛顿第二定理的应用

解题思路

a、对小球A受力分析,由牛顿第二定理求出加速度a,然后由运动学公式即可求出速度

b、小球A做匀加速直线运动,所以V-t图像为直线

易错点

因为0-L和L-3L电场强度不一样,所以加速度不一样,v-t图像也不一样。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

设两小球第一次碰撞后速度分别为vA1、vB1

碰撞过程中由动量守恒定律    

由机械能守恒定律  

解得:

之后小球A再次被电场加速,若在x=3L处未发生碰撞,此时速度为vA2

根据动能定理 

解得         

所以无论倍数k取何值,小球A均可与小球B发生第二次碰撞。

解析

设两小球第一次碰撞后速度分别为vA1、vB1

碰撞过程中由动量守恒定律     

由机械能守恒定律   

解得:

之后小球A再次被电场加速,若在x=3L处未发生碰撞,此时速度为vA2

根据动能定理  

解得          

所以无论倍数k取何值,小球A均可与小球B发生第二次碰撞。

考查方向

弹性碰撞-动量守恒定律

解题思路

由动量守恒定律和机械能守恒列方程分析计算

易错点

第一次碰撞后,虽然小球A速度变为0,但是合力不为0,所以仍然要加速