解题思路:(1)根据动能定理求出A到达O点与B碰撞前的速度.
(2)碰撞的瞬间,动量守恒定律,因为系统没有动能损失,则机械能守恒,综合动量守恒定律和机械能守恒定律求出碰撞后瞬间A、B的速度.
(3)讨论A能从电场右边界离开和不能从电场右边界离开,根据动能定理得出k的范围,从而根据电场力做功的特点求出电场力所做的功.
(1)设碰撞前A的速度为v,由动能定理−μmAgs=
1
2mAv2−
1
2mAv02…①
得:v=
v02−2μgs=4m/s…②
(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,且设向右为正方向;由于弹性碰撞,所以有:mAv=mAvA+
m BvB…③
[1/2mAv2=
1
2mAv
2A+
1
2mB
v2B]…④
联立③④并将mA=kmB及v=4m/s
代入得:vA=
4(k−1)
k+1m/s…⑤
vB=
8k
k+1m/s…⑥
(3)讨论:
(i)如果A能从电场右边界离开,必须满足:[1/2mA
v2A>μmAgL+qEL…⑦
联立⑤⑦代入数据,得:k>3…⑧
电场力对A做功为:WE=-qEL=6×105×5×10-8×0.4(J)=-1.2×10-2(J) …⑨
(ii)如果A不能从电场右边界离开电场,必须满足:
1
2mA
v2A≤μmAgL+qEL…⑩
联立⑤⑩代入数据,得:k≤3…(11)
考虑到k>1,所以在1<k≤3范围内A不能从电场右边界离开…(12)
又:qE=3×10-2N>μmg=2×10-2N…(13)
所以A会返回并从电场的左侧离开,整个过程电场力做功为0.即:WE=0…(14)
答:(1)A到达O点与B碰撞前的速度为4m/s.
(2)碰撞后瞬间,A和B的速度分别为:vA=
4(k−1)
k+1]m/s,vB=
8k
k+1m/s.
(3)k>3,电场力做功为)=-1.2×10-2.
1<k≤3,电场力做功为零.
点评:
本题考点: 动量守恒定律;动能定理的应用;机械能守恒定律.
考点点评: 本题综合考查了动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律,综合性较强,对学生的能力要求较高,尤其第三问,要考虑电场能从右边界离开和不能从右边界离开.