问题 问答题

真空中存在空间范围足够大的、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,运动中小球速度与竖直方向夹角为37°(取sin37°=0.6,cos37°=0.8).现将该小球从电场中某点以初速度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)小球从抛出点至最高点的电势能变化量

(3)小球的最小动量的大小及方向.

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=
3v20
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vx=

12
25
v0,vy=
9
25
v0,tanθ=
vy
vx
=
3
4
,即与电场方向夹角为37°斜向上

故小球动量的最小值为pmin=mvmin=

3
5
mv0,方向为:与电场方向夹角为37°,斜向上.

多项选择题
填空题