Question

【題目】如圖，ABD為豎直平面內的光滑絕緣軌道，其中AB段是水平的，BD段為半徑R=0.2m的半圓，兩段軌道相切于B點，整個軌道處在豎直向下的勻強電場中，場強大小E=5.0×103V/m．一不帶電的絕緣小球甲，以速度v0沿水平軌道向右運動，與靜止在B點帶正電的小球乙發生彈性碰撞．已知甲、乙兩球的質量均為m=1.0×10-2kg，乙所帶電荷量q=2.0×10-5C，g取10m/s2．水平軌道足夠長，甲、乙兩球可視為質點，整個運動過程無電荷轉移．求：

（1）甲乙兩球碰撞后，若乙恰能通過軌道的最高點D，乙在軌道上的首次落點到B點的距離d；

（2）在滿足（1）的條件下甲的速度v0；

（3）若甲仍以速度v0向右運動，增大甲的質量，保持乙的質量不變，求乙在軌道上的首次落點到B點的距離x的范圍．

Answer 1

【答案】（1）d=0.4m（2）（3）

【解析】：

（1）在乙恰好能通過軌道的最高點的情況下，設乙到達最高點的速度為，乙離開D點達到水平軌道的時間為t，乙的落點到B點的距離為，則

①

②

③

聯立①②③得： ④

（2）設碰撞后甲、乙的速度分別為、，根據動量守恒和機械能守恒定律有：

⑤

⑥

聯立⑤⑥得： ⑦

由動能定理得： ⑧

聯立①⑦⑧得： ⑨

（3）設甲的質量為M，碰撞后甲、乙的速度分別為、，根據動量守恒和機械能守恒定律有：

（10）

（11）

聯立（10）（11）得： （12）

由（12）和，可得： ＜（13）

設乙球過D點的速度為，由動能定理得

（14）

聯立⑨（13）（14）得： ＜（15）

設乙在水平軌道上的落點到B點的距離為，則有

（16）

聯立②（15）（16）得： ＜＜