如图，足够高的绝缘细管竖直固定，细管内壁光滑。有界匀强电场区域的边界垂直于竖直管，上边界固定且距直管上端管口为L，下边界可沿直管调节场区高度，设场区高度为kL（k＞0）。质量为m、不带电的绝缘小球a从直管上端管口处由静止释放，之后与静止在电场区域上边界的带电小球b碰撞，小球b的质量为5m、电量为+q。已知a、b的直径略小于管的直径，a、b碰撞时间极短且没有机械能损失，b的电荷不发生转移，重力加速度为g,求：
（1）电场强度E的大小；
（2）a、b第一次碰撞后的瞬间速度v1、v2；
（3）a、b分别在电场区域内和电场区域外发生第二次碰撞对应的k的取值范围。
【答案】（1）电场强度E的大小为；
（2）a、b第一次碰撞后的瞬间速度：v1=，v2=；
（3）当k≥时，在电场区域内发生第二次碰撞；
当＜k＜时，在电场区域外发生第二次碰撞。
5
mg
q
（2）a、b第一次碰撞后的瞬间速度：v1=
-
2
3
2
g
L
2
g
L
3
（3）当k≥
4
3
当
2
3
4
3
【解答】
【点评】
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