题目内容

【题目】如图甲所示,竖直放置的直角三角形NMP(MP边水平),∠NMPθMP中点处固定一电荷量为Q的正点电荷,MN是长为a的光滑绝缘杆,杆上穿有一带正电的小球(可视为点电荷),小球自N点由静止释放,小球的重力势能和电势能随位置x(M点处x=0)的变化图象如图乙所示(图中E0E1E2为已知量),重力加速度为g,设无限远处电势为零,M点所处的水平面为重力零势能面.

(1)图乙中表示电势能随位置变化的是哪条图线?

(2)求重力势能为E1时的横坐标x1和带电小球的质量m

(3)求小球从N点运动到M点时的动能Ek.

【答案】(1)图线Ⅱ (2) ,  (3)

【解析】试题分析:判断出电荷Q产生的电场分布,判断出正电荷下滑过程中电场力做功情况,即可判断出电势能的变化;由几何关系求出x1的位置,利用E1=mgh即可求的质量;在小球从NM的过程中,利用动能定理求小球到达M点时的动能Ex

(1)Q电荷的电势分布规律是离它越近电势越高,带正电的小球的电势能为E,可知正电荷从N点到M点的电势能先增大后减小,故图乙中表示电势能随位置变化的是图线Ⅱ.

(2)电势能为E1时,距M点的距离为

x1处重力势能E1mgx1sin θ

可得

(3)在小球从N点运动到M点的过程中,根据动能定理得mgasin θE2E0Ek-0,

解得

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