(2010•徐汇区一模)在光滑绝缘的水平面上,长为2L的绝缘轻质细杆的两端各连接一个质量均为m的带电小球A和B,A球的带

(2010•徐汇区一模)在光滑绝缘的水平面上,长为2L的绝缘轻质细杆的两端各连接一个质量均为m的带电小球A和B,A球的带电量为+2q,B球的带电量为-3q(可视为质点,也不考虑两者间相互作用的库仑力).现让A处于如图所示的有界匀强电场区域MPQN内,已知虚线MP位于细杆的中垂线,MP和NQ的距离为4L,匀强电场的场强大小为E,方向水平向右.释放带电系统,让A、B从静止开始运动(忽略小球运动中所产生的磁场造成的影响).求:
(1)小球A、B运动过程中的最大速度;
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间;
(3)带电系统运动过程中,B球电势能增加的最大值.
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junyu158 春芽

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解题思路:(1)因为A在电场中电场力方向向右,系统做加速运动,当B进入电场,B所受的电场力大于A所受的电场力,系统做减速运动,则在B刚进入电场时,系统具有最大速度,根据牛顿第二定律求出B进入电场前的加速度,从而根据运动学公式求出系统的最大速度.
(2)通过动能定理判断A能否滑出右边界,然后分别求出B进入电场前和进入电场后的加速度,运用运动学公式分别求出两段过程的时间,从而求出系统从开始运动到速度第一次为零的总时间.
(3)电场力做负功电势能增加,当带电系统速度第一次为零时,B的位移最大,电场力所做的负功最大,增加的电势能最大,根据电场力做功求出电势能增加的最大值.

(1)带电系统开始运动后,先向右加速运动;当B进入电场区时,开始做减速运动.故在B刚进入电场时,系统具有最大速度.
设B进入电场前的过程中,系统的加速度为a1,由牛顿第二定律:2Eq=2ma1
B刚进入电场时,系统的速度为vm,由vm2=2a1L可得vm=

2qEL
m
(2)当A刚滑到右边界时,电场力对系统做功为W1=2Eq×3L+(-3Eq×2L)=0
故系统不能从右端滑出,A刚滑到右边界时速度刚好为零.
设B从静止到刚进入电场的时间为t1,则 t1=
vm
a1=

2mL
Eq
设B进入电场后,系统的加速度为a2,由牛顿第二定律-3Eq+2Eq=2ma2
系统做匀减速运动,减速所需时间为t2,则有t2=
0−vm
a2=

8mL
Eq
系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间为t=t1+t2=3

2mL
Eq
(3)当带电系统速度第一次为零,即A恰好到达右边界NQ时,B克服电场力做的功最多,B增加的电势能最多,此时B的位置在PQ的中点处.
所以B电势能增加的最大值△W1=3Eq×2L=6EqL
答:(1)小球A、B运动过程中的最大速度为vm=

2qEL
m.
(2)带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间为3

2mL
Eq.
(3)带电系统运动过程中,B球电势能增加的最大值为6EqL.

点评:
本题考点: 功能关系;牛顿第二定律;电场强度;电势能.

考点点评: 本题综合考查了动能定理、牛顿第二定律以及功能关系,综合性较强,关键是理清运动过程,选择合适的规律进行求解.

1年前

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