题目内容
【题目】在竖直平面内有与平面平行的匀强电场,一质量为m、带电量为+q的小球从竖直平面的坐标原点O处以某一速度抛出,已知小球经y轴上的某点P点时速度最小,小球经Q点时速度大小与O点的速度大小相同,且xQ=d,yQ=d,如图所示。已知重力加速度为g,求:
(1)电场强度的最小值
(2)若电场强度为(1)中所求的值,则
①小球从O点抛出时的初速度的大小
②小球再次经过x轴的坐标。
【答案】(1)q,方向沿OQ方向 (2)① ②3d
【解析】试题分析:由于小球在O、Q两点的速度大小相等,则小球所受重力和电场力的合力F的方向应与OQ垂直,根据平衡条件可得电场强度的最小值;当E取最小值时,合力,小球运动过程中的加速度为方向与y轴负方向成450角,由于小球在P点速度最小,根据运动学公式即可求得小球从O点抛出时的初速度的大小;画出轨迹根据平抛运动公式和几何关系即可求出小球再次经过x轴的坐标。
(1)由于小球在O、Q两点的速度大小相等,则小球所受重力和电场力的合力F的方向应与OQ垂直,又OQ与x轴的夹角tanθ=1,即θ=450,所以合力与y轴负方向的夹角为θ,如图所示:
有qE=mgcos450,
解得: ,方向沿OQ方向
(2) ①当E取最小值时,合力,小球运动过程中的加速度为方向与y轴负方向成450角,由于小球在P点速度最小,则P点O、Q两点对称,易得P点坐标为(0,d)。在P点,小球速度方向应沿OQ方向,设P点的速度为v,
易得:
解得: ,
在O点的速度v0应有:
解得:
②设小球运动轨迹与x轴交点为R,小球从P到R做类平抛运动,设PMS交x轴为N,RS与PS垂直,
有
位移关系为:
根据几何关系有:
解得:
所以:
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