Question

光滑水平面上放有如图所示的用绝缘材料制成的L形滑板（平面部分足够长），质量为4m，距滑板的A壁为L距离的B处放有一质量为m，电量为+q的大小不计的小物体，物体与板面的摩擦不计，整个装置处于场强为E的匀强电场中．初始时刻，滑块与物体都静止，试问：
（1）释放小物体，第一次与滑板A壁碰前物体的速度υ₁多大？
（2）若物体与A壁碰后相对水平面的速率为碰前速率的，则物体在第二次跟A壁碰撞之前，滑板相对于水平面的速度υ和物体相对于水平面的速度υ₂分别为多大？
（3）物体从开始运动到第二次碰撞前，电场力做的功为多大？（设碰撞所经历时间极短）

Answer

（1）物体在电场力作用下做匀加速运动，电场力做功qEl，由动能定理求解第一次与滑板A端相碰前瞬间的速度大小；
（2）小物体与滑板碰撞过程中系统合外力为零，由动量守恒定律求出滑板被碰后的速度大小；
（3）对整个过程运用动能定理即可求解．
【解析】
（1）对物体，根据动能定理，有qEL1=mv12，得 v1=．
（2）物体与滑板碰撞前后动量守恒，设物体第一次与滑板碰后的速度为v1′；滑板的速度为v，则
mv1=mv1′+4mv．
若v1′=v1，则v=v1，因为v1′＞v，不符合实际，
故应取v1′=-v1，则v=v1=．
在物体第一次与A壁碰后到第二次与A壁碰前，物体做匀变速运动，滑板做匀速运动，在这段时间内，两者相对于水平面的位移相同．
∴（v2+v1′）t=v•t，
即v2=v1=．
（3）对整个过程运用动能定理得；
电场力做功W=mv12+（mv22-mv1′2）=qEL1．
答：（1）释放小物体，第一次与滑板A壁碰前物体的速度为；
（2）若物体与A壁碰后相对水平面的速率为碰前速率的，则物体在第二次跟A壁碰撞之前，滑板相对于水平面的速度为，物体相对于水平面的速度υ2分别为；
（3）物体从开始运动到第二次碰撞前，电场力做的功为qEL1．