带电球在电场和重力场中的运动

例1 如图1所示,在竖直平面内有一匀强电场,其方向与水平方向成α=30°斜向上,在

电场中有一质量为m 、电量为q 的带电小球,用长为L 的不可伸长的绝缘细线挂于O 点,当小球静止于M 点时,细线恰好水平.现用外力将小球拉到最低点P ,然后无初速度释放,则以下判断正确的是 (

)

图1

A .小球再次到达M 点时,速度刚好为零

B .小球从P 到M 3mgL 的功

C .小球从P 到M 过程中,小球的机械能增加了3mgL

D .如果小球运动到M 点时,细线突然断裂,小球以后将做匀变速曲线运动

审题突破 小球静止在M 时,受几个力的作用?重力和电场力的大小关系是什么?小球由P 到M 的过程中,各力做功是多少?

解析 小球从P 到M 的过程中,线的拉力不做功,只有电场力和小球重力做功,它们的3mg ,方向水平向右,所以小球再次到达M 点时,速度最大,而不是零,选项A 错.小球从P 到M 过程中,电场力与重力的合力大小为3mg ,这个方向上位移为L ,所以做功为3mgL ,选项B 正确.小球从P 到M 过程中,机械能的增加量等于电场力做的功,由于电场力为2mg ,由P 到M 沿电场线方向的距离为d =L sin 30°+L cos 30°=(13) ,故电场力做功为2mg ·d =mgL (13) ,故选项C 错误.如2

果小球运动到M 点时,细线突然断裂,小球的速度方向竖直向上,所受合外力水平向右,小球将做匀变速曲线运动,选项D 正确.

答案 BD

4. 如图3所示,质量为m 的物块(可视为质点) ,带正电Q ,开始时让它静止在倾角α=60°

的固定光滑绝缘斜面顶端,整个装置放在水平方向向左、大小为E =3mg /Q 的匀强电场中(设斜面顶端处电势为零) ,斜面高为H . 释放后,物块落地时的电势能为ε,物块落地时的速度大小为v ,则 (

) L

图3

A .ε=3mgH 3

B .ε=-3mgH 3C .v =2gH

答案 C D .v =2gH

解析 由电场力做功等于电势能的变化可得物块落地时的电势能为ε=-QEH /tan

1260°=-3mgH /3=-mgH ,选项A 、B 错误;由动能定理,mgH +QEH /tan 60°=mv ,2

解得v =2gH ,选项C 正确,D 错误.

例1 如图1所示,在竖直平面内有一匀强电场,其方向与水平方向成α=30°斜向上,在

电场中有一质量为m 、电量为q 的带电小球,用长为L 的不可伸长的绝缘细线挂于O 点,当小球静止于M 点时,细线恰好水平.现用外力将小球拉到最低点P ,然后无初速度释放,则以下判断正确的是 (

)

图1

A .小球再次到达M 点时,速度刚好为零

B .小球从P 到M 3mgL 的功

C .小球从P 到M 过程中,小球的机械能增加了3mgL

D .如果小球运动到M 点时,细线突然断裂,小球以后将做匀变速曲线运动

审题突破 小球静止在M 时,受几个力的作用?重力和电场力的大小关系是什么?小球由P 到M 的过程中,各力做功是多少?

解析 小球从P 到M 的过程中,线的拉力不做功,只有电场力和小球重力做功,它们的3mg ,方向水平向右,所以小球再次到达M 点时,速度最大,而不是零,选项A 错.小球从P 到M 过程中,电场力与重力的合力大小为3mg ,这个方向上位移为L ,所以做功为3mgL ,选项B 正确.小球从P 到M 过程中,机械能的增加量等于电场力做的功,由于电场力为2mg ,由P 到M 沿电场线方向的距离为d =L sin 30°+L cos 30°=(13) ,故电场力做功为2mg ·d =mgL (13) ,故选项C 错误.如2

果小球运动到M 点时,细线突然断裂,小球的速度方向竖直向上,所受合外力水平向右,小球将做匀变速曲线运动,选项D 正确.

答案 BD

4. 如图3所示,质量为m 的物块(可视为质点) ,带正电Q ,开始时让它静止在倾角α=60°

的固定光滑绝缘斜面顶端,整个装置放在水平方向向左、大小为E =3mg /Q 的匀强电场中(设斜面顶端处电势为零) ,斜面高为H . 释放后,物块落地时的电势能为ε,物块落地时的速度大小为v ,则 (

) L

图3

A .ε=3mgH 3

B .ε=-3mgH 3C .v =2gH

答案 C D .v =2gH

解析 由电场力做功等于电势能的变化可得物块落地时的电势能为ε=-QEH /tan

1260°=-3mgH /3=-mgH ,选项A 、B 错误;由动能定理,mgH +QEH /tan 60°=mv ,2

解得v =2gH ,选项C 正确,D 错误.


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