解题思路:(1)分析小球和小车的受力情况,判断其运动情况.
(2)金属板B、C间建立匀强电场,其电场强度为
E
BC
=
ε
1
L
,带电小球和小车受到的电场力大小为F=qEBC.分别分析电场力对小车和小球做功,确定出电场力做的总功.
(3)当小球与小车相等时,若打不到A板,就打不到A板了,根据系统的动量守恒和功能关系列式求解.
(1)小球受到水平向左的电场力,则小球向左做匀加速直线运动.根据牛顿第三定律可知,小车受到向右的电场力,小车向右做匀加速直线运动.
(2)金属板B、C间的电场强度为EBC=
ε1
L
带电小球和小车受到的电场力大小为:F=qEBC=
qε1
L
设小车的位移为s,则带电小球的位移为L-s,
电场力对小车做的功为W1=Fs
电场力对带电小球做的功为W2=F(L-s)
所以电场力对带电小球和车组成的系统所做的功为W=W1+W2=FL=qε1.
(3)设带电小球到达A、B板间的D点时相对小车静止,此时带电小球和小车的速度为v,并设B板到D点的电势差为UBD.
由动量守恒,mv0=(M+m)v
由功能关系知:qε1−qUBD=
1
2(M+m)v2−
1
2mv02
解得:UBD=ε1+
Mmv02
2q(M+m)
所以,要使带电小球不打到A板上,电动势ε2必须满足:ε2>UBD=ε1+
Mmv02
2q(M+m)
答:
(1)小球由C板向B板运动过程中,小球向左做匀加速直线运动,小车向右做匀加速直线运动.
(2)证明略.
(3)为使小球不打到A板上,电动势ε2应满足的条件是:ɛ2>ɛ1+
Mm
v20
2q(M+m).
点评:
本题考点: 闭合电路的欧姆定律;电场强度.
考点点评: 本题相当于碰撞类型的问题,关键是分析物体的受力情况和运动情况,运用动量守恒和功能关系进行求解.