粗糙绝缘水平地面AP与光滑绝缘半圆弧竖直轨道PQ相切P点,PQ右侧(含PQ)有水平向右的匀强电场,电场强度大小为E=3mg4q,圆轨道半径为R,AP长度L1=5R。A点左侧有一弹射装置,A点右侧B处静置一质量为m带电荷量为+q的滑块C,AB长度L2=R,如图所示。现用此装置来弹射一质量为2m的滑块D,滑块D在A点获得弹簧储存的全部弹性势能后向右运动,到达B点与C发生弹性碰撞(碰撞过程中C的电荷量不变),碰撞后滑块C继续向右运动到P点进入光滑圆轨道。滑块C、D与地面的动摩擦因数均为μ=0.5,不计空气阻力,滑块都可看作质点,弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g。

(1)若滑块D获得10mgR的弹性势能后与C发生碰撞,求碰后瞬间滑块C的速度大小;
(2)第(1)问的情境中,C继续运动到达圆轨道的最高点Q,求此时滑块C对轨道的压力大小;
(3)若弹射装置弹射出滑块D后,滑块D与C发生弹性碰撞,要使C能滑上圆弧轨道,并且可沿轨道滑回平面,求滑块D获得的弹性势能的范围。
3
mg
4
q
【答案】(1)若滑块D获得10mgR的弹性势能后与C发生碰撞,碰后瞬间滑块C的速度大小为4;
(2)第(1)问的情境中,C继续运动到达圆轨道的最高点Q,此时滑块C对轨道的压力大小为7mg;
(3)若弹射装置弹射出滑块D后,滑块D与C发生弹性碰撞,要使C能滑上圆弧轨道,并且可沿轨道滑回平面,滑块D获得的弹性势能的范围为<Ep≤。
g
R
(2)第(1)问的情境中,C继续运动到达圆轨道的最高点Q,此时滑块C对轨道的压力大小为7mg;
(3)若弹射装置弹射出滑块D后,滑块D与C发生弹性碰撞,要使C能滑上圆弧轨道,并且可沿轨道滑回平面,滑块D获得的弹性势能的范围为
13
4
mg
R
35
mg
R
8
【解答】
【点评】
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