Question

如圖，兩個長均為L的輕質桿，通過A、B、C上垂直紙面的轉動軸與A、B、C三個物塊相連，整體處于豎直面內．A、C為兩個完全相同的小物塊，B物塊的質量與A小物塊的質量之比為2：1，三個物塊的大小都可忽略不計．A、C兩物塊分別帶有+q、-q的電量，并置于絕緣水平面上，在水平面上方有水平向右的勻強電場，場強為E，物塊間的庫侖力不計．當AB、BC與水平面間的夾角均為53°時，整體恰好處于靜止狀態，一切摩擦均不計，并且在運動過程中無內能產生，重力加速度為g．（sin53°=0.8，cos53°=0.6）
（1）求B物塊的質量；
（2）求出B物塊到達地面前瞬時速度的大小

Answer 1

分析：（1）當AB、BC與水平面間的夾角均為53°時，整體恰好處于靜止狀態，分別以A、B為研究對象，根據平衡條件求出物塊B的質量．
（2）B物塊向下運動的過程中，重力和電場力做功．B物塊落地前的瞬間A、C的速度恰好為零，根據動能定理求出B物塊到達地面前瞬時速度的大小．

解答：解；（1）以A為研究對象，如圖1所，F為輕質桿的彈力大小，則由平衡條件得
    Fcos53°=Eq
得：F=

5

3

Eq
以B為研究對象，如圖2，Mg為B物塊的重力，
則有2Fsin53°=Mg   
得：M=

8Eq

3g

（2）B物塊向下做加速度增大的加速運動，一直到B物塊落地．以整體為研究對象，有重力和電場力做功，設B物塊落地前的瞬間速度大小為v，此時A、C的速度恰好為零，根據動能定理得
    MgLsin53°-2Eq（L-Lcos53°）=

1

2

Mv2
解得，v=

gL

答：
（1）B物塊的質量為

8Eq

3g

；
（2）B物塊到達地面前瞬時速度的大小為

gL

．

點評：本題第1問是三個物體的平衡問題，采用隔離法研究是常用的思路．第2問難點是確定B物塊落地前的瞬間A、C的速度均為零，可利用裝置的對稱性理解．