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,运动中小球的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)小球的最小速度的大小及方向.

问题描述:

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,运动中小球的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)小球的最小速度的大小及方向.

(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°=0.75mg,电场力的方向水平向右.
故电场力为0.75mg,方向水平向右.
(2)水平速度:vx=axt
竖直速度:vy=v0-gt
小球的速度v=

v
2
x
+
v
2
y

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=0.6v0
答:(1)小球受到的电场力的大小0.75mg,水向右;
(2)小球在运动过程中的最小速度15m/s,垂直合力方向向右上方,即与水平方向成53°向右上方.
答案解析:(1)小球静止释放时,由于所受电场力与重力均为恒力,故其运动方向和合外力方向一致,根据这点可以求出电场力大小;
(2)小球抛出后,水平方向做匀加速直线运动,竖直方向上做竖直上抛运动,用运动的合成求出运动过程中合速度的表达式,然后利用数学求极值的办法即可求出最小速度.
考试点:匀强电场中电势差和电场强度的关系;竖直上抛运动.
知识点:本题在复合场中考察了运动的合成、分运动之间的关系等,有一定的综合性.解这类问题的关键是:正确进行受力分析,弄清运动形式,利用相应物理规律求解.