Question

【題目】如圖，絕緣平板S放在水平地面上，S與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0．4。兩足夠大的平行金屬板P、Q通過(guò)絕緣撐架相連，Q板固定在平板S上，P、Q間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，整個(gè)裝置總質(zhì)量M＝0．48kg ，P、Q間距為d＝1m，P板的中央有一小孔。給裝置某一初速度，裝置向右運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)有一質(zhì)量m＝0．04kg、電量q＝+1× 10-4C的小球，從離P板高h(yuǎn)＝1．25m處?kù)o止下落，恰好能進(jìn)入孔內(nèi)。小球進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，裝置的速度為v1＝5m/s。小球進(jìn)入電場(chǎng)后，恰能運(yùn)動(dòng)到Q板且不與Q板接觸。忽略平行金屬板外部的電場(chǎng)對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的影響，不計(jì)空氣阻力，g取10m/s2。

（1）求勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E；

（2）求當(dāng)小球第一次返回到P板時(shí)，裝置的速度v2；

（3）小球第一次與P板碰撞時(shí)間極短，碰后速度大小不變，方向反向，碰后電量變?yōu)閝’＝-4 ×10-4C。求從小球進(jìn)入電場(chǎng)到第二次到達(dá)Q板過(guò)程中，絕緣平板S與地面因?yàn)槟Σ炼�產(chǎn)生的熱量。（由于小球帶電量很小，碰撞過(guò)程對(duì)P、Q上的電荷分布的影響可以忽略，可認(rèn)為碰撞前后兩金屬板間的電場(chǎng)保持不變）

Answer 1

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

試題分析：（1）小球下落到Q板時(shí)速度為零， 從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)：

，

（2）小球在電場(chǎng)中的加速度

小球在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

小球進(jìn)入電場(chǎng)后，裝置的加速度

當(dāng)小球第一次返回到P板時(shí)，裝置的速度

（3）小球從進(jìn)入電場(chǎng)到小球返回到P板過(guò)程中裝置的位移為

J

小球與P板碰撞之后速度，在之后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中：

小球的加速度

小球從P板運(yùn)動(dòng)至Q板的時(shí)間，

裝置的加速度

裝置在這段時(shí)間內(nèi)的位移為

Q

。