Question

（2010·安徽卷）24.(20分)如圖，ABD為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道，其中AB段是水平的，BD段為半徑R=0.2m的半圓，兩段軌道相切于B點(diǎn)，整個(gè)軌道處在豎直向下的勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)大小E=5.0×103V/m。一不帶電的絕緣小球甲，以速度υ0沿水平軌道向右運(yùn)動(dòng)，與靜止在B點(diǎn)帶正電的小球乙發(fā)生彈性碰撞。已知甲、乙兩球的質(zhì)量均為m=1.0×10-2kg，乙所帶電荷量q=2.0×10-5C，g取10m/s2。(水平軌道足夠長，甲、乙兩球可視為質(zhì)點(diǎn)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程無電荷轉(zhuǎn)移)

（1） 甲乙兩球碰撞后，乙恰能通過軌道的最高點(diǎn)D，求乙在軌道上的首次落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離；
（2）在滿足(1)的條件下。求的甲的速度υ0；
（3）若甲仍以速度υ0向右運(yùn)動(dòng)，增大甲的質(zhì)量，保持乙的質(zhì)量不變，求乙在軌道上的首次落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離范圍。

Answer 1

：（1）0.4m   （2）   （3）＜＜

：
（1）在乙恰好能通過軌道的最高點(diǎn)的情況下，設(shè)乙到達(dá)最高點(diǎn)的速度為，乙離開D點(diǎn)達(dá)到水平軌道的時(shí)間為t，乙的落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離為，則
                                  ①
                               ②
                                           ③
聯(lián)立①②③得：                           ④
（2）設(shè)碰撞后甲、乙的速度分別為、，根據(jù)動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒定律有：
                              ⑤
                      ⑥
聯(lián)立⑤⑥得：                                ⑦
由動(dòng)能定理得：  ⑧
聯(lián)立①⑦⑧得：          ⑨
（3）設(shè)甲的質(zhì)量為M，碰撞后甲、乙的速度分別為、，根據(jù)動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒定律有：
                              （10）
                        （11）
聯(lián)立（10）（11）得：                      （12）
由（12）和，可得：＜                （13）
設(shè)乙球過D點(diǎn)的速度為，由動(dòng)能定理得
                 （14）
聯(lián)立⑨（13）（14）得：＜                 （15）
設(shè)乙在水平軌道上的落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離為，則有
                                             （16）
聯(lián)立②（15）（16）得：＜＜