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°=
mg,电场力的方向水平向右.3 4
故电场力为
mg,方向水平向右.3 4
(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
g3 4
小球上升到最高点的时间t=
,此过程小球沿电场方向位移:sx=v0 g
axt2=1 2 3v 20 8g
电场力做功 W=Fxsx=
mv029 32
故小球上升到最高点的过程中,电势能减少
mv029 32
(3)水平速度:vx=axt
竖直速度:vy=v0-gt
小球的速度v=
+v 2x v 2y
由以上各式得出:
g2t2-2v0gt+(v02-v2)=025 16
解得当t=
时,v有最小值 vmin=16v0 25g
v03 5
此时vx=
v0,vy=12 25
v0,tanθ=9 25
=vy vx
,即与电场方向夹角为37°斜向上3 4
故小球动量的最小值为pmin=mvmin=
mv0,方向为:与电场方向夹角为37°,斜向上.3 5