问题 问答题

如图所示,两块竖直放置的导体板间存在水平向左的匀强电场,板间距离为d.有一带电量为+q、质量为m的小球(可视为质点)以水平速度从A孔进入匀强电场,且恰好没有与右板相碰,小球最后从B孔离开匀强电场,若A、B两孔的距离为4d,重力加速度为g,求:

(1)两板间的场强大小;

(2)小球从A孔进入电场时的速度;

(3)从小球进入电场到其速度达到最小值,小球电势能的变化量为多少?

答案

(1)由题意可知,小球在水平方向先减速到零,然后反向加速.设小球进入A孔的速度为v0,减速到右板的时间为t,则有:

水平方向:d=v0t-

1
2
qE
m
t20=v0-
qE
m
t

竖直方向:4d=

1
2
g(2t)2

联立解得E=

mg
q

(2)在水平方向上根据牛顿第二定律有qE=max

根据运动学公式有0-

v20
=2(-ax)d

联立解得v0=

2gd

(3)小球进入电场后,在水平方向上做减速运动,即vx=v0-

qE
m
t′=v0-gt′

在竖直方向上做加速运动,即vy=gt'

小球在电场中的速度大小为v=

v2x
+
v2y

联立由数学知识可得t′=

v0
2g
时小球速度达到最小,最小值为
2
2
v0

此时粒子在水平方向的位移为:x=v0t′-

1
2
qE
m
t2

在此过程中电场力做功为W=-qEx   

而W=-△Ep

联立解得Ep=

3
4
mgd,即粒子的电势能增加
3
4
mgd

答:(1)两板间的场强大小为

mg
q

(2)小球从A孔进入电场时的速度为

2gd

(3)从小球进入电场到其速度达到最小值为

2
2
v0,小球电势能的增加量为
3
4
mgd

单项选择题
单项选择题