一质量为m、带电荷量为+q的小球以水平初速度v0进入竖直向上的匀强电场中,如图甲所示.今测得小球进入电场后在竖直方向下降的高度y与水平方向的位移x之间的关系如图乙所示,根据图乙给出的信息,(重力加速度为g)求:(1)匀强电场场强的大小;(2)小球从进入匀强电场到下降h高度的过程中,电场力做的功;(3)小球在h高度处的动能.

问题描述:

一质量为m、带电荷量为+q的小球以水平初速度v0进入竖直向上的匀强电场中,如图甲所示.今测得小球进入电场后在竖直方向下降的高度y与水平方向的位移x之间的关系如图乙所示,根据图乙给出的信息,(重力加速度为g)求:

(1)匀强电场场强的大小;
(2)小球从进入匀强电场到下降h高度的过程中,电场力做的功;
(3)小球在h高度处的动能.

(1)小球进入电场后,水平方向做匀速直线运动,设经过时间t,水平方向:v0t=L,
竖直方向:

mg−qEpt2
2m
=h
所以E=
mg
q
-
2hm
v
2
0
qL2

(2)电场力做功为
W=-qEh=
2h2m
v
2
0
−mghL2
L2

(3)根据动能定理mgh-qEh=Ek-
m
v
2
0
2

得Ek=
2h2m
v
2
0
L2
+
m
v
2
0
2

答(1)匀强电场的场强为:
mg
q
-
2hm
v
2
0
L2
 (2)电场力所做的功为
2h2m
v
2
0
−mghL2
L2

(3)
2h2m
v
2
0
L2
+
m
v
2
0
2

答案解析:(1)小球做类平抛运动,由运动的合成与分解,根据水平方向的速度直线运动,竖直方向的匀加速直线运动可得出匀强电场的场强大小;
(2)由功的公式W=FL可求得电场力所做的功;
(3)由动能定理可得小球在高度h处的动能.
考试点:带电粒子在匀强电场中的运动;动能定理的应用.

知识点:带电粒子在电场中的运动可分为加速和偏转,加速类的题目由动能定理求解,而偏转类的题目一般考查运动的合成与分解的应用.