2024普通高等学校招生全国统一考试·临门一卷(二)2试题(物理)

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20.(12分)如图所示，不可伸长的轻质细线上端固定，下端系着一个不带电小球，小球静止时位于足够大光滑绝缘水平面上的O点，现在O点静置一个带正电绝缘小物块，小球与小物块均视为质点。以O为原点，水平向右为x轴正方向建立坐标轴。已知小球质量为1，小物块质量为m2、电荷量为q,细线长为l。假设系统处于真空环境中，不考虑各种阻力以及电荷量的损失，小球与小物块之间的碰撞为弹性碰撞，接触过程中没有电荷量的转移，重力加速度用g表示。(1)若将小球拉至与竖直方向成某一角度的位置由静止释放，小球到达O点的速度为0，并以初速度与小物块发生碰撞，求碰后小球的速度1与碰后小物块的速度v2。777777777(2)若在第(1)问所述的碰撞后发现小球摆回至最高点时细线与竖直方向的夹角明显减小，为使小球越摆越高，可以在小球每次达到左方最高点时用一个很小的外力快速推一下小球。请利用此例从功和能的角度分析并解释在共振现象中，为什么当驱动力的频率与固有频率相等时，振动系统的能量最大。(3)若在O点右侧空间(x>0)存在着平行于Ox轴的电场（场强大小和方向可调），释放小球时细线与竖直方向夹角为(0<5°)，为了使碰撞后小物块能够返回O点，且二者以第一次相碰时的初速度大小再次相碰，并能多次重复此过程，请举出两种能够实现上述要求的理想情况，并分析说明需要满足的条件。高三物理第10页（共10页）