如图所示,空间的虚线框内有匀强电场,AA′、BB′、CC′是该电场的三个等势面,相邻等势面间的距离均为0.5cm,其中BB'为零势能面.一个质量为m,带电量为+q的粒子沿AA′方向以初动能Ek自图中的P点进入电场,刚好从C′点离开电场.已知PA′=2cm.粒子的重力忽略不计.下列说法中正确的是(  )A. 该粒子通过等势面BB'时的动能是1.25EkB. 该粒子到达C′点时的动能是2EkC. 该粒子在P点时的电势能是EkD. 该粒子到达C′点时的电势能是-0.5Ek

问题描述:

如图所示,空间的虚线框内有匀强电场,AA′、BB′、CC′是该电场的三个等势面,相邻等势面间的距离均为0.5cm,其中BB'为零势能面.一个质量为m,带电量为+q的粒子沿AA′方向以初动能Ek自图中的P点进入电场,刚好从C′点离开电场.已知PA′=2cm.粒子的重力忽略不计.下列说法中正确的是(  )
A. 该粒子通过等势面BB'时的动能是1.25Ek
B. 该粒子到达C′点时的动能是2Ek
C. 该粒子在P点时的电势能是Ek
D. 该粒子到达C′点时的电势能是-0.5Ek

因为粒子带正电,就有电场方向A指向C,所以A的电势高(>0),C因为PA‘=A’C‘,根据加速运动的公式,就可以知道在C’点水平和竖直速度相等(但不能说水平和竖直动能相等,动能也是标量),所以动能为2Ek,增加的动能是电势能转化过来的,AB和BC各转化0.5Ek,所以C‘的电势能为-0.5Ek(B那电势能为0)

A、B,粒子做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,有x=v0t,竖直方向做匀加速直线运动有y=

vy
2
t.
由题x=2cm,竖直位移为y=1cm,得到vy=v0,v=
2
v0
,该粒子到达C′点时的动能是EK=
1
2
mv2
=2
1
2
m
v
2
0
=2EK
由于相邻等势面间的距离相等,电势差相等,动能的增量相等,则该粒子通过等势面BB'时的动能是1.5Ek.故A错误,B正确.
    C、BB'为零势能面,由上可知,粒子经过等势面BB'时总能量为是1.5Ek,该粒子在P点时的电势能是1.5Ek-Ek=0.5Ek.故C错误.
    D、根据能量守恒得,该粒子到达C′点时的电势能EP=1.5Ek-2EK=-0.5Ek.故D正确.
故选BD
答案解析:根据等势面的分布情况和粒子的轨迹分析可知:粒子做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀加速直线运动.粒子从A到C,水平位移为x=2cm,竖直位移为y=1cm,由x=v0t,y=
vy
2
t
,求出vy,由速度的合成求出v,再求出该粒子到达C′点时的动能.粒子运动中电势能和动能总量守恒,根据能量守恒定律确定粒子的总能量,再求出粒子经过P、C′点时的电势能.
考试点:电势能;动能定理的应用.
知识点:本题首先要分析出粒子做类平抛运动,其次技巧是研究粒子经过BB'面时总能量,根据能量守恒研究经过其他等势面时的电势能.