如图,一质量m=1×10-6kg,带电量q=-2×10-8C的微粒以初速度v0竖直向上从A点射入一水平向右的匀强电场,当微粒运动到比A高2cm的B点时速度大小也是v0,但方向水平,且AB两点的连线与水平方向的夹角为45°,g取10m/s2,求:(1)AB两点间的电势差UAB;(2)匀强电场的场强E的大小.

问题描述:

如图,一质量m=1×10-6kg,带电量q=-2×10-8C的微粒以初速度v0竖直向上从A点射入一水平向右的匀强电场,当微粒运动到比A高2cm的B点时速度大小也是v0,但方向水平,且AB两点的连线与水平方向的夹角为45°,g取10m/s2
求:(1)AB两点间的电势差UAB
(2)匀强电场的场强E的大小.

(1)根据动能定理得
   qUAB-mgh=

1
2
m
v
2
0
1
2
m
v
2
0

得到UAB
mgh
q
=
1×10−6×10×0.02
−2×10−8
V=-10V
(2)将微粒的运动分解为水平和竖直两个方向:水平方向做匀加速运动,竖直方向做竖直上抛运动.设A、B沿电场线方向的距离为d.则有
    竖直方向:h=
v0+0
2
t

    水平方向:d=
0+v0
2
t

得到d=h=0.02m
所以匀强电场的场强E的大小E=
U
d
=
10
0.02
V/m=500V/m

答:
(1)AB两点间的电势差UAB=-10V.
(2)匀强电场的场强E的大小是500V/m.
答案解析:(1)微粒在匀强电场中受到重力和电场力两个力作用,根据动能定理求出AB两点间的电势差UAB
(2)将微粒的运动分解为水平和竖直两个方向:水平方向做匀加速运动,竖直方向做竖直上抛运动,两个分运动时间相同.运用平均速度列出两个方向的位移,求出A、B沿电场线方向的距离.再由公式U=Ed求出电场强度.
考试点:电势差;电场强度.
知识点:涉及到电势差的问题,常常要用到动能定理.本题的难点在于运动的处理,由于微粒受到两个恒力作用,运用运动的分解是常用的方法.