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如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103V/m。一不带电的绝缘小球甲,以速度υ0沿水平轨道向右运动,与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞。已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg,乙所带电荷量q=2.0×10-5C,g取10m/s2。(水平轨道足够长,甲、乙两球可视为质点,整个运动过程无电荷转移)

(1) 甲乙两球碰撞后,乙恰能通过轨道的最高点D,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离;

(2)在满足(1)的条件下。求的甲的速度υ0

(3)若甲仍以速度υ0向右运动,增大甲的质量,保持乙的质量不变,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围。

答案:(1)0.4m    (2)    (3)

解析:

(1)在乙恰好能通过轨道的最高点的情况下,设乙到达最高点的速度为,乙离开D点达到水平轨道的时间为t,乙的落点到B点的距离为,则

                                   ①

                                ②

                                            ③

联立①②③得:                            ④

(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为,根据动量守恒和机械能守恒定律有:

                                    ⑤

                            ⑥

联立⑤⑥得:                                 ⑦

由动能定理得:   ⑧

联立①⑦⑧得:           ⑨

(3)设甲的质量为M,碰撞后甲、乙的速度分别为,根据动量守恒和机械能守恒定律有:

                                    (10)

                             (11)

联立(10)(11)得:                       (12)

由(12)和,可得:                 (13)

设乙球过D点的速度为,由动能定理得

                     (14)

联立⑨(13)(14)得:                  (15)

设乙在水平轨道上的落点到B点的距离为,则有

                                                  (16)

联立②(15)(16)得:

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:

(2011?绍兴二模)一端弯曲的光滑绝缘杆ABD固定在竖直平面上,如图所示,AB段水平,BD段是半径为R的半圆弧,有电荷量为Q(Q>0)的点电荷固定在圆心O点.一质量为m、电荷量为q(q>0)的带电小环套在光滑绝缘杆上,在水平外力作用下从C点由静此开始运动,到B点时撤去外力,小环继续运动,发现刚好能到绝缘杆的最高点D.已知CB间距为4R/3.(提示:根据电磁学有关知识,在某一空间放一电荷量为Q的点电荷,则距离点电荷为r的某点的电势为?=k
Qr
,其中k为静电力常量,设无穷远处电势为零.)
(1)求小环从C运动到B过程中,水平外力做的功;
(2)若水平外力为恒力,要使小环能运动到D点,求水平外力的最小值F0
(3)若水平外力为恒力,大小为F(F大于(2)问中的F0),求小环运动到D点时,绝缘杆对环的弹力大小和方向.

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科目:高中物理 来源: 题型:

精英家教网一端弯曲的光滑绝缘轨道ABD固定在竖直平面上,如图所示,AB段水平、BD段是半径为R的半圆弧,有电荷量为Q的正点电荷固定在圆心O处.一质量为m、电荷量为q的带正电小环,在水平恒力F0作用下从C点由静止开始运动,到B点时撤去外力,小环继续运动,发现刚好能到达绝缘轨道上与圆心等高的M点,已知CB间距为
43
R
.求:
(1)小环从C运动到M过程中,点电荷Q的电场对它做的功;
(2)若水平恒力大小改为2F0,则小环在能达到的最高点时的速度大小;
(3)水平恒力为多大时,小环冲上圆弧轨道后能沿原路径返回到A点.

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精英家教网一端弯曲的光滑绝缘杆ABD固定在竖直平面上,如图所示,AB段水平,BD段是半径为R的半圆弧,有一电荷量为Q的正点电荷固定在圆心O点.一质量为m、电荷量为q的带正电小环套在光滑绝缘杆上,在大小为F的水平恒力作用下从C点由静止开始运动,到B点时撤去恒力,小环继续运动到达D点,已知CB间距为
4R
3
.(提示:根据电磁学有关知识,在某一空间放一电荷量为Q的正点电荷,则距离点电荷为r的某点的电势为
φ=k
Q
r
,其中k为静电力常量,设无穷远处电势为零).
(1)定性说明从C运动到D过程小环的电势能如何变化;
(2)小环在C点时加速度为多大;
(3)求水平恒力F的最小值.

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科目:高中物理 来源:2013-2014学年浙江省高三上期中考试物理试卷(解析版) 题型:计算题

18.(10分)一端弯曲的光滑绝缘杆ABD固定在竖直平面上,如图所示,AB段水平,BD段是半径为R的半圆弧,有一电荷量为Q的正点电荷固定在圆心O点。一质量为m、电荷量为q的带正电小环套在光滑绝缘杆上,在大小为F的水平恒力作用下从C点由静止开始运动,到B点时撤去恒力,小环继续运动到达D点,已知CB间距为4R/3。(提示:根据电磁学有关知识,在某一空间放一电荷量为Q的正点电荷,则距离点电荷为r的某点的电势为,其中k为静电力常量,设无穷远处电势为零)。

(1)定性说明从C运动到D过程小环的电势能如何变化

(2)小环在C点时加速度为多大

(3)求水平恒力F的最小值。

 

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(1)定性说明从C运动到D过程小环的电势能如何变化

(2)小环在C点时加速度为多大

(3)求水平恒力F的最小值。

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