问题 问答题

真空中存在着空间范围内足够大的,水平向右的匀强电场,在电场中,若将一个质量为m,带正电的小球由静止释放,运动中小球的速度与竖直方向的夹角为37.(取sin37.=0.6,cos37.=0.8),现将该小球从电场中的某点意以初速度v0竖直向上抛出,求运动过程中:

(1)小球受到的电场力的大小及方向;

(2)从小球抛出点至最高点的电势能变化量;

(3)运动过程中小球的最小动能的大小;

(4)如果抛出时的动能为4J,则小球落回同一高度时的动能是多大?

答案

(1)根据题设条件可知,合外力和竖直方向夹角为37°,所以电场力大小为:

     Fe=mgtan37°=

3
4
mg,电场力的方向水平向右.

故电场力为

3
4
mg,方向水平向右.

(2)小球沿竖直方向做匀减速运动,有:vy=v0-gt

沿水平方向做初速度为0的匀加速运动,加速度为a:ax=

Fe
m
=
3
4
g

小球上升到最高点的时间t=

v0
g
,此过程小球沿电场方向位移:sx=
1
2
axt2=
3v0
8g

电场力做功 W=Fxsx=

9
32
mv02

故小球上升到最高点的过程中,电势能减少

9
32
mv02

(3)水平速度:vx=axt

 竖直速度:vy=v0-gt

小球的速度v=

v2x
+
v2y

由以上各式得出:

25
16
g2t2-2v0gt+(v02-v2)=0

解得当t=

16v0
25g
时,v有最小值  vmin=
3
5
v0

此时小球动能的最小值为EKmin=

1
2
mvmin2=
9
50
mv02

(4)由上可知,从抛出点到最高点,电场力做功为初动能的

9
16

而在电场力方向,做初速度为零的,匀加速直线运动,所以在相同的时间内,位移之比为1:3;

所以从抛出点到落回同一高度过程中,电场力做功为

9
4
EK0

由于初动能为4J,则电场力做正功为9J,因重力做功之和为零,则落回同一高度时的动能是13J,

答:(1)小球受到的电场力为

3
4
mg,方向水平向右.;

(2)从小球抛出点至最高点的电势能减少

9
32
mv02

(3)运动过程中小球的最小动能的大小=

9
50
mv02

(4)如果抛出时的动能为4J,则小球落回同一高度时的动能是13J.

单项选择题
单项选择题 A1型题