Question

质量均为m的两个小物体A和B，静止放在足够长的水平面上，相距L=12.5m．它们跟水平面间的动摩擦因数均为μ=0.2，其中A带电荷量为q的正电荷，与水平面的接触是绝缘的，B不带电．现在水平面附近空间加一水平向右的匀强电场，场强E=，A便开始向右运动，并与B发生多次对心碰撞，碰撞过程时间极短，每次碰撞后两物体交换速度，A带电量不变，B始终不带电．g取10m/s²
试求：
（1）A与B第1次碰撞后B的速度大小；
（2）A与B从第5次碰撞到第6次碰撞过程中B运动的时间；
（3）B运动的总路程．

Answer

（1）由牛顿第二定律结合运动学公式，可求出A与B第1次碰撞后B的速度大小；
（2）由牛顿第二定律可求出物体B的加速度，加之每次碰撞后两物体交换速度，从而根据运动学公式可求出第5次碰撞到第6次碰撞过程中，碰后B运动的时间；
（3）经过无数次碰撞，最终A、B停在一起；每次碰撞交换速度，说明碰撞过程无机械能损失，设B运动的总路程为x，根据能量守恒定律即可求解．
【解析】
（1）对A，根据牛顿第二定律 Eq-μmg=maA，解得加速度aA=1m/s2
根据公式  解得A与B碰前速度vA=5m/s
碰撞交换速度，第1次碰后，A的速度为0，B的速度 vB1=vA=5m/s．
（2）对B，根据牛顿第二定律 μmg=maB，解得加速度大小aB=2m/s2
每次碰后B作匀减速运动，因其加速度大于A的加速度，所以B先停，之后A追上再碰，
每次碰后A的速度均为0，然后加速再与B发生下次碰撞．    
第1次碰撞：碰后B运动的时间 
第2次碰撞：碰前A的速度为vA2，则 
xB1为第1次碰后B的位移，则 
由以上两式得 
碰后B的速度 
碰后B运动的时间 
以此类推，第5次碰撞后B运动的时间 
（3）经过无数次碰撞，最终A、B停在一起；每次碰撞交换速度，说明碰撞过程无机械能损失，设B运动的总路程为x，根据能量守恒
Eq（L+x）=μmg（L+x）+μmgx
解得  x=12.5m                         
答：（1）A与B第1次碰撞后B的速度大小为5m/s；
（2）A与B从第5次碰撞到第6次碰撞过程中B运动的时间为0.625s；
（3）B运动的总路程为12.5m．