如图所示,A、B是两块竖直放置的平行金属板,相距为2L,分别带有等量的正、负电荷,在两板间形电场强度大小为E匀强电场。A板上有一小孔(它的存在对两板间匀强电场分布的影响可忽略不计),孔中有一条与板垂直的水平光滑绝缘轨道,一个质量为m,电荷量为q(q>0)的小球(可视为质点),在外力作用下静止在轨道的中点P处。一自然长度为L的轻弹簧左端固定在距A板左侧L处挡板上,右端固定一块轻小的绝缘材料制成的薄板Q。撤去外力释放带电小球,它将在电场力作用下由静止开始向左运动,穿过小孔后(不与金属板A接触)与薄板Q一起压缩弹簧,由于薄板Q及弹簧的质量都可以忽略不计,可认为小球与Q接触过程中不损失机械能。小球从接触Q开始,经过一段时间第一次把弹簧压缩至最短,然后又被弹簧弹回。由于薄板Q的绝缘性能有所欠缺,使得小球每次离开Q瞬间,小球的电荷量都损失一部分,而变成刚与Q接触时小球电荷量的(k>l)。求: (1)弹簧第一次压缩到最左边时的弹性势能; (2)小球在与B板相碰之前,最多能与薄板Q碰撞多少次; (3)设A板的电势为零,当k=2,且小孔右侧的轨道粗糙与带电小球间的滑动摩擦力时,求带电小球初、末状态的电势能变化量。 |