大学物理学,求解题

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大学物理题,求解~

因导体内场强处处为零,所以金属球的电荷q分布在半径为R1球的内表面;球壳内表面为-q,外表面为Q+q。
则r>R3时:球壳外场强为E=1/(4πε)(Q+q)/r²
R2<=r<=R3时:球壳内场强为零
R1<=r<R2时:球与壳之间场强 E=q/(4πεr²)
r<R1时:场强为零。
球壳外表面电势为U=(Q+q)/(4πεR3)
球与球壳间电势差为q/(4πε)(1/R2-1/R3)
则球的电势为:(Q+q)/(4πεR3)+q/(4πε)(1/R2-1/R3)=1/(4πε)(q/R2+Q/R3)

做这种题要注意对临界条件的把握。显然,刚好脱离的时候是球面对物体的支持力为0的时候,此时只有重力的径向分量提供向心力,即mgcosφ=mv^2/R;再由机械能守恒求得此时的速度v:0.5mv0^2+mgR(1-cosφ)=0.5mv^2,两式联立求得φ=arccos(v0^2+2gR)/3gR。

第二问的话就是在顶端时仅有重力提供向心力,即mg=mv0^2/R,解得v0=√gR

1)最基本的动量守恒原理:mv=(ma+m)v',v'=4m/s就是A块的初始速度。对于B,在撞击的一瞬间由于中间连接的不是刚性杆而是弹簧,没有速度的传递,所以B速度就是0.
2)之后的运动过程可以想象:弹簧逐渐压缩,导致A块慢慢减速,B块慢慢加速。但A的速度总比B大啊,所以A就一直在追赶前面的B,使得弹簧继续压缩。压到什么时候呢?AB速度相等了,此时两者距离就最短了。因为后面的过程肯定是B的速度开始比A大,弹簧会开始拉伸。
方程如下:ma*v'=(ma+mb)*v''。v''是两者共同的速度。把它求出来,接着求出当前系统的动能0.5(ma+mb)v''^2,用t=0时刻系统的动能减一下,剩下的就是弹簧的势能了。
3)用柯尼希定理更方便(B的动能=B在质心系中的动能+质心系自身的动能)B获得的最大动能就是在弹簧复原的瞬间。因为没有外力作用,AB组成的系统质心始终是匀速直线运动,且速度就是v''(这个拿动量定理ma*v'=(ma+mb)*v''一样得到)。然后,在质心系里面,(从质心看过去)B此时的速度应该也是v''。(因为在质心系里面B块也是从平衡位置开始做简谐运动,所以过平衡点速度是一样的)。
所以动能一算就出来了。

击中A后A的速度为 v1,对A和子弹 由动量守恒,
mv0=(m+mA)v1 解得 v1=
之后 A压缩弹簧,当弹簧压缩到最短时,弹性势能最大,此时 AB 子弹 具有相同速度 v
由动量守恒 (m+mA)v1 =(m+Ma+Mb)v
解得 v=
由机械能守恒,(m+Ma)v1²/2 =Ep + (m+Ma+Mb)v²/2
代入 v 解得 EP=
当弹簧再次恢复原状时,B速度最大,设为 v2 此时 A速度为 v1'
由动量守恒: mv0= Mbv2 +(m+Ma)v1'
由机械能守恒:(m+Ma)v1²/2 = Mbv2²+(m+Ma)V1'²/2
联立解得 v2=
所以B的最大动能 Ek= Mbv2²/2=


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