3 図のように、電荷Qを帯びた質量mの小さ
な物体Aが水平面からの角度の斜面上にあり、
電荷Qを帯びた小さな物体Bが斜面の下に固定
されている。 物体Bの位置を原点とし、斜面
上方に向かってx軸をとる。 物体Aはx軸上を
なめらかに動くことができる。 物体Aと物体B
の間にはたらくクーロン力の比例定数をんとし,
重力加速度の大きさを」 とする。 また、運動す
る電荷からの電磁波の放射と空気抵抗は無視できるものとする。 次の問いに答えよ。
(1) 物体Aの座標をx, 加速度をaとするとき, 物体 A の運動方程式を記せ。
(2) 物体Aが静止することのできる座標x を, k, Q, m, g, 0 を用いて表せ。
水平面
次に,物体Aを座標s (s<x) の位置に置いて、静かにはなした。その後の物体Aの
運動を考える。
(3) 座標sで物体 A のもつ力学的エネルギーEを, s, k, Q, m, g, f を用いて表せ。
ただし、重力による位置エネルギーの基準は原点0の高さとし, 物体Bによる電位
の基準は無限逮方とする。
x
S
x0
(4) 物体Aが原点から最も離れたときの座標L, E, k, Q, m, g, f を用いて
表せ。
S
物体B
x
(5)s が x に比べて非常に小さいとき,物体Aの座標xと時刻の関係を表すグラフ
として,最もふさわしいものを次の解答群の中から選び記号で答えよ。
[解答群]
xo
min m
#
W
x0
W
S
ol
X
x
mm M
W
A
x0
S
S
0
x
S
原点O
物体 AS
なめらか
な斜面
(広島2013)