Question

【題目】如圖，ABD為豎直平面內的光滑絕緣軌道，其中AB段是水平的，BD段為半徑R=0.2m的半圓，兩段軌道相切于B點，整個軌道處在豎直向下的勻強電場中，場強大小E=5.0×103V/m．一不帶電的絕緣小球甲，以速度v0沿水平軌道向右運動，與靜止在B點帶正電的小球乙發生彈性碰撞．已知乙球的質量為m=1.0×10－2kg，乙所帶電荷量q=2.0×10-5C，甲球質量為乙球質量的k倍，g取10m/s2．(水平軌道足夠長，甲、乙兩球可視為質點，整個運動過程無電荷轉移)

(1)若k=1，且甲乙兩球碰撞后，乙恰能通過軌道的最高點D，求甲的速度v0；

(2)若k>1，且甲仍以（1）中的速度v0向右運動，求乙在軌道上的首次落點到B點的距離范圍．

Answer 1

【答案】(1) ； (2) 。

【解析】

(1)在乙恰能通過軌道的最高點的情況下，設乙到達最高點的速度為vD，乙離開D點到達水平軌道的時間為t，乙的落點到B點的距離為x，則

①

設碰撞后甲、乙的速度分別為v甲、v乙，根據動量守恒和機械能守恒定律有：

②

③

聯立②③得：

④

由k=1，則，由動能定理得：

⑤

聯立①④⑤得：

⑥

（2）甲、乙完全彈性碰撞，碰撞后甲、乙的速度分別為v甲、v乙，由②③解得

⑦

又k>1，則，設乙球過D點的速度為，由動能定理得

⑨

解得：

⑩

設乙在水平軌道上的落點到B點的距離為，則有：

聯立得：