质量为m的带正电小球由空中某点*下落,下落高度h后在空间加上竖直向上的匀强电场,再经过相同时间小球又回到原出发点,不计空气阻力,且整个运动过程中小球从未落地.重力加速度

问题描述:

质量为m的带正电小球由空中某点*下落,下落高度h后在空间加上竖直向上的匀强电场,再经过相同时间小球又回到原出发点,不计空气阻力,且整个运动过程中小球从未落地.重力加速度为g.则(  )
A. 从加电场开始到小球返回原出发点的过程中,小球电势能减少了2mgh
B. 从加电场开始到小球下落最低点的过程中,小球动能减少了 mgh
C. 从开始下落到小球运动至最低点的过程中,小球重力势能减少了

4
3
mgh
D. 小球返回原出发点时的速度大小为
8gh

A、小球先做*落体运动,后做匀减速运动,两个过程的位移大小相等、方向相反.设电场强度大小为E,加电场后小球的加速度大小为a,运动时间为t,取竖直向下方向为正方向,则

1
2
gt2=-(vt-
1
2
at2
又v=gt
解得 a=3g,
由牛顿第二定律得
a=
qE−mg
m
,联立解得,qE=4mg
则整个过程,电场力做功为W=qEh=4mgh.故A错误.
B、加电场时小球的速度大小为v=gt,从加电场开始到小球下落最低点的过程中,小球动能减少为△Ek=
1
2
mv2=
1
2
m(gt)2=mg•
1
2
gt2
对于*下落过程,h=
1
2
gt2,得△Ek=mgh.故B正确.
C、设加电场位置到下落最低点过程小球下落的高度为h′,则由v2=2ah′得
h′=
v2
2a
=
(gt)2
2×3g
=
1
3
h,
从开始下落到小球运动至最低点的过程中,小球重力势能减少为△EP=mg(h+h′)=
4
3
mgh.故C正确.
D、小球返回原出发点时的速度大小为v′=v-at=-2gt=-2v,又v=
2gh
,则v′=-2
2gh
,大小为2
2gh
,故D正确.
故选BCD