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如图所示,竖直固定的光滑绝缘的直圆筒底部放置一场源A,其电荷量Q=+4×10-3...

如图所示,竖直固定的光滑绝缘的直圆筒底部放置一场源A,其电荷量Q=+4×10-3 C,场源电荷A形成的电场中各点的电势表达式为manfen5.com 满分网,其中k为静电力恒量,r为空间某点到A的距离.有一个质量为m=0.1kg的带正电小球B,B球与A球间的距离为a=0.4m,此时小球B处于平衡状态,且小球B在场源A形成的电场中具有的电势能表达式为manfen5.com 满分网,其中r为q与Q之间的距离.有一质量也为m的不带电绝缘小球C从距离B的上方H=0.8m处自由下落,落在小球B上立刻与小球B粘在一起向下运动,它们到达最低点后又向上运动,它们向上运动到达的最高点P.,求:
(1)小球C与小球B碰撞后的速度为多少?
(2)小球B的带电量q为多少?
(3)P点与小球A之间的距离为多大?
(4)当小球B和C一起向下运动与场源A距离多远时,其速度最大?速度的最大值为多少?

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(1)根据自由下落的公式求出下落H距离的速度,由动量守恒定律求得C与小球B碰撞后的速度 (2)小球B在碰撞前处于平衡状态,根据平衡条件求解小球B的带电量 (3)C和B向下运动到最低点后又向上运动到P点,运动过程中系统能量守恒和能量守恒,列出等式求解 (4)对C和B整体进行受力分析,由能量守恒列出等式求解. 【解析】 (1)小球C自由下落H距离的速度v==4 m/s 小球C与小球B发生碰撞,由动量守恒定律得:mv=2mv1, 所以v1=2 m/s (2)小球B在碰撞前处于平衡状态, 对B球进行受力分析知:, 代入数据得:C (3)C和B向下运动到最低点后又向上运动到P点,运动过程中系统能量守恒, 设P与A之间的距离为x, 由能量守恒得: 代入数据得:x=(0.4+) m(或x=0.683 m) (4)当C和B向下运动的速度最大时,与A之间的距离为y, 对C和B整体进行受力分析有:, 代入数据有:y=m(或y=0.283 m) 由能量守恒得: 代入数据得:(或vm=2.16 m/s) 答:(1)小球C与小球B碰撞后的速度为2 m/s (2)小球B的带电量q为C (3)P点与小球A之间的距离为(0.4+) m (4)当小球B和C一起向下运动与场源A距离是m,速度最大.其速度最大是.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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