质量均为m的两个小物体A和B,静止放在足够长的水平面上,相距L=12.5m.它们跟水平面间的动摩擦因数均为μ=0.2,其中A带电荷量为q的正电荷,与水平面的接触是绝缘的,B不带电.现在水平面附近空间加一水平向右的匀强电场,场强E=,A便开始向右运动,并与B发生多次对心碰撞,碰撞过程时间极短,每次碰撞后两物体交换速度,A带电量不变,B始终不带电.g取10m/s2
试求:
(1)A与B第1次碰撞后B的速度大小;
(2)A与B从第5次碰撞到第6次碰撞过程中B运动的时间;
(3)B运动的总路程.
网友回答
解:(1)对A,根据牛顿第二定律?Eq-μmg=maA,解得加速度aA=1m/s2
根据公式??解得A与B碰前速度vA=5m/s
碰撞交换速度,第1次碰后,A的速度为0,B的速度?vB1=vA=5m/s.
(2)对B,根据牛顿第二定律?μmg=maB,解得加速度大小aB=2m/s2
每次碰后B作匀减速运动,因其加速度大于A的加速度,所以B先停,之后A追上再碰,
每次碰后A的速度均为0,然后加速再与B发生下次碰撞.????
第1次碰撞:碰后B运动的时间?
第2次碰撞:碰前A的速度为vA2,则?
xB1为第1次碰后B的位移,则?
由以上两式得?
碰后B的速度?
碰后B运动的时间?
以此类推,第5次碰撞后B运动的时间?
(3)经过无数次碰撞,最终A、B停在一起;每次碰撞交换速度,说明碰撞过程无机械能损失,设B运动的总路程为x,根据能量守恒
Eq(L+x)=μmg(L+x)+μmgx
解得??x=12.5m?????????????????????????
答:(1)A与B第1次碰撞后B的速度大小为5m/s;
(2)A与B从第5次碰撞到第6次碰撞过程中B运动的时间为0.625s;
(3)B运动的总路程为12.5m.
解析分析:(1)由牛顿第二定律结合运动学公式,可求出A与B第1次碰撞后B的速度大小;
(2)由牛顿第二定律可求出物体B的加速度,加之每次碰撞后两物体交换速度,从而根据运动学公式可求出第5次碰撞到第6次碰撞过程中,碰后B运动的时间;
(3)经过无数次碰撞,最终A、B停在一起;每次碰撞交换速度,说明碰撞过程无机械能损失,设B运动的总路程为x,根据能量守恒定律即可求解.
点评:本题主要考查了牛顿第二定律、运动学公式,并根据碰撞速度互换,从而得到运动间联系.同时注意电势能的减少量等于电场力所做的功,难度较大,属于难题.