(2015•佛山模拟)如图,绝缘水平地面上有宽L=0.4m的匀强电场区域,场强E=6×105N/C、方向水平向左.不带电

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  • 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.