Question

【题目】如图，绝缘平板S放在水平地面上，S与水平面间的动摩擦因数μ＝0．4。两足够大的平行金属板P、Q通过绝缘撑架相连，Q板固定在平板S上，P、Q间存在竖直向上的匀强电场，整个装置总质量M＝0．48kg ，P、Q间距为d＝1m，P板的中央有一小孔。给装置某一初速度，装置向右运动。现有一质量m＝0．04kg、电量q＝+1× 10-4C的小球，从离P板高h＝1．25m处静止下落，恰好能进入孔内。小球进入电场时，装置的速度为v1＝5m/s。小球进入电场后，恰能运动到Q板且不与Q板接触。忽略平行金属板外部的电场对小球运动的影响，不计空气阻力，g取10m/s2。

（1）求匀强电场的场强大小E；

（2）求当小球第一次返回到P板时，装置的速度v2；

（3）小球第一次与P板碰撞时间极短，碰后速度大小不变，方向反向，碰后电量变为q’＝-4 ×10-4C。求从小球进入电场到第二次到达Q板过程中，绝缘平板S与地面因为摩擦而产生的热量。（由于小球带电量很小，碰撞过程对P、Q上的电荷分布的影响可以忽略，可认为碰撞前后两金属板间的电场保持不变）

Answer 1

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

试题分析：（1）小球下落到Q板时速度为零， 从最高点到最低点：

，

（2）小球在电场中的加速度

小球在电场中运动的时间

小球进入电场后，装置的加速度

当小球第一次返回到P板时，装置的速度

（3）小球从进入电场到小球返回到P板过程中装置的位移为

J

小球与P板碰撞之后速度，在之后的运动过程中：

小球的加速度

小球从P板运动至Q板的时间，

装置的加速度

装置在这段时间内的位移为

Q

。