题干

如图所示,一劲度系数为k的绝缘轻弹簧的左端固定,右端与一带正电的小球相连接,小球套在光滑绝缘的水平杆上,小球的电量为+q,质量为m,小球所在的空间有一个足够大的水平向右的强电场、电场强度大小为E,小球静止在水平杆上的O点。现将小球拉到O点右侧距离为A的位置,由静止释放,此后运动过程中始终未超过弹簧的弹性限度。规定平衡位置为电势能和弹簧弹性势能的零点。以平衡位置为坐标原点建立如图所示的水平向右的一维坐标系Ox。

(1)从运动与相互作用观点出发,解决以下问题:
a.求小球处于平衡状态时弹簧相对原长的伸长量s;
b.证明小球做简谐运动;
(2)图像法和比较法是研究物理问题的重要方法,例如:①从教科书中我们明白了由v-t图像求直线运动位移的思想和方法;②从机械能的学习,我们理解了重力做功的特点并进而引入重力势能,由此可以得到重力做功与重力势能变化量之间的关系。请你借鉴此方法,从功与能量的观点出发,解决以下问题:
a.小球运动过程中,小球相对平衡位置的位移为x时,证明系统具有的电势能EP和弹性势能Ep的总和EP的表达式为
b.根据小球运动过程中速度v与相对平衡位置的位移x的关系式,画出小球运动过程中速度随振动位移变化的v-x图像,并求解小球在运动过程中回复力做正功的功率P的最大值;
(3)已知小球运动的周期为(此结论仅允许本问使用)。结合第(2)问的能量分析,从冲量、动量的观点出发,解决以下问题:
小球从x=+A处由静止释放至第一次达到平衡位置的过程中,求:
a.弹簧对左端固定点的弹力冲量I的大小;
b.弹簧对小球的弹力对时间的平均值的大小。
上一题 下一题 0.4难度 解答题 更新时间:2019-04-15 03:21:40

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