Question

如圖（a）所示，在光滑絕緣水平面內存在水平向右的電場，電場強度E隨時間的變化如圖（b）所示．不帶電的絕緣小球P₂靜止在B點．t = 0時，帶正電的小球P₁以速度v₀從A點開始向右運動，隨后與P₂發生正碰后反彈，反彈速度大小是碰前速度的一半，P₁的質量為m，帶電量為q，P₂的質量3m，A、B間距為L₀．已知，．

（1）求第一次碰撞后小球P₂的速度．
（2）在兩球第一次碰撞后到第二次碰撞前的這段時間內，求兩球之間距離的最大值．

Answer 1

（1）（方向水平向右）（2）

（1）在0～T內，電場強度為0，P₁做勻速運動，位移為
                       ①
說明P₁與P₂恰好在t = T時發生碰撞，P₁碰前速度為v₀，取水平向右方向為正方向，根據動量守恒定律得
         ②
解得第一次碰撞后P₂的速度
（方向水平向右）     ③
（2）碰后P₁受到水平向右的電場力作用，先向左減速運動，再向右加速運動，而P₂保持向右勻速運動。當P₁與P₂的速度達到相等時，兩球之間的距離達到最大。
設這一過程時間為t，P₁的加速度為a，則
           ④
由牛頓定律，得
                   ⑤
將和代入解得
t ＝T                       ⑥
    這段時間內，P₁的位移為
       ⑦
P₂的位移為
                 ⑧
因此兩球之間距離的最大值
               ⑨
（每式2分）