Question

【題目】在動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2的粗糙絕緣足夠長(zhǎng)的水平滑漕中，長(zhǎng)為2L的絕緣輕質(zhì)細(xì)桿兩端各連接一個(gè)質(zhì)量均為m的帶電小球A和B，如圖為俯視圖（槽兩側(cè)光滑）。A球的電荷量為＋2q，B球的電荷量為－3q（均可視為質(zhì)點(diǎn)，也不考慮兩者間相互作用的庫(kù)侖力）。現(xiàn)讓A處于如圖所示的有界勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域MPQN內(nèi)，已知虛線MP恰位于細(xì)桿的中垂線，MP和NQ的距離為3L，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E＝1.2mg/q，方向水平向右。釋放帶電系統(tǒng)，讓A、B從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)（忽略小球運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)造成的影響）。求：

（1）小球B第一次到達(dá)電場(chǎng)邊界MP所用的時(shí)間；

（2）小球A第一次離開(kāi)電場(chǎng)邊界NQ時(shí)的速度大小

（3）帶電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，B球電勢(shì)能增加量的最大值。

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）3.96mgL

【解析】

（1）帶電系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后，先向右加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)B進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)時(shí)，開(kāi)始做減速運(yùn)動(dòng)．設(shè)B進(jìn)入電場(chǎng)前的過(guò)程中，系統(tǒng)的加速度為，由牛頓第二定律：，即：，B剛進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，由：，可得：。

（2）當(dāng)A剛滑到右邊界時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)系統(tǒng)做功為：，摩擦力對(duì)系統(tǒng)做功為：，，故A球從右端滑出。設(shè)B從靜止到剛進(jìn)入電場(chǎng)的速度為，，設(shè)B進(jìn)入電場(chǎng)后，系統(tǒng)的加速度為，由牛頓第二定律：，，系統(tǒng)做勻減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)小球A第一次離開(kāi)電場(chǎng)邊界NQ時(shí)的速度大小為；由： ，可得：。

（3）當(dāng)帶電系統(tǒng)速度第一次為零，此時(shí)A已經(jīng)到達(dá)右邊界NQ外，B克服電場(chǎng)力做的功最多，B增加的電勢(shì)能最多，設(shè)此時(shí)A離右邊界NQ的距離為，由動(dòng)能定理：，可得：，所以B電勢(shì)能增加的最大值。