如图所示.A.B是两块竖直放置的平行金属板.相距为2L.分别带有等量的正.负电荷.在两板间形成电场强度大小为E的匀强电场．A板的中央有一小孔(它的存在对两板间匀强电场分布的影响忽略不计).小孔的下沿右侧有一条与板垂直的水平粗糙绝缘轨道.一个质量为m.电荷量为q的小球.在外力作用下静止在轨道的中点P处．小孔中固定一块绝缘材料制成的弹性板Q．撤去外力释放� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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如图所示，A、B是两块竖直放置的平行金属板，相距为2L，分别带有等量的正、负电荷，在两板间形成电场强度大小为E的匀强电场．A板的中央有一小孔（它的存在对两板间匀强电场分布的影响忽略不计），小孔的下沿右侧有一条与板垂直的水平粗糙绝缘轨道，一个质量为m，电荷量为q（q＜0）的小球（可视为质点），在外力作用下静止在轨道的中点P处．小孔中固定一块绝缘材料制成的弹性板Q．撤去外力释放带电小球，它将在电场力作用下由静止开始向左运动，小球与弹性板Q发生碰撞，由于板Q的绝缘性能有所欠缺，使得小球每次离开Q瞬间，小球的电荷量都损失一部分，而变成刚与Q接触时小球电荷量的

，并以与碰前大小相等的速率反方向弹回．已知带电小球第一次与Q碰后恰好能回到P点．求：
（1）小球与粗糙轨道间的滑动摩擦力的大小；
（2）小球经过多长时间停止运动，停在何位置．

【答案】分析：（1）带电小球在电场力和摩擦力共同作用下先向A板做匀加速直线运动，与Q相碰后B板做匀减速运动，根据牛顿第二定律和运动学结合分别研究往返两个过程，求出滑动摩擦力的大小．
（2）分析小球的运动过程，根据牛顿第二定律求出加速度，由运动学公式求出各段运动时间，再求解总时间．
解答：解：（1）带电小球在电场力和摩擦力共同作用下向A板做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得：qE-F_f=ma₁…①
小球与Q相碰前的速度为：v₁²=2a₁L…②
小球与Q碰后以v₁大小的速度反弹，因电荷量的改变，电场力的大小发生了变化，摩擦力的方向也发生了变化，小球做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得加速度的大小：

…③
碰后恰好能回到P点0-v₁²=-2a₂L…④
解①②得：

，

…⑤
（2）当小球速度减为零时，恰好回到P点，则此时电场力大于摩擦力，小球再次向A板做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得：

…⑥
小球再次与Q相碰前的速度为：v₂²=2a₃L…⑦
解①②得：

…⑧
小球再次与Q碰后以v₂大小的速度反弹，因电荷量的改变，电场力的大小发生了变化，摩擦力的方向也发生了变化，小球做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得加速度的大小：

…⑨
小球速度减小为零时，位移x大小为：0-v₁²=-2a₄x…⑩
解⑥～⑩得：x=

小球回到P′点（与A板相距

），此时小球所受的电场力与摩擦力平衡，所以小球静止在P′点．
小球第一次从P点出发回到P点的时间为：

小球再次从P点出发运动与Q相碰的时间为：

小球与Q相碰后回到P′点的时间为：

小球从开始到结束所经历的时间为：

答：
（1）小球与粗糙轨道间的滑动摩擦力的大小为

；
（2）小球经过

长时间停止运动，小球静止在与A板相距

的位置．
点评：本题小球的运动过程比较复杂，考查分析受力情况和运动情况的能力，要边计算边分析，最终确定小球静止的位置．

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