题目内容

如图所示,在竖直平面内建立xOy直角坐标系,Oy表示竖直向上的方向。已知该平面内存在沿x轴负方向的区域足够大的匀强电场,现有一个带电量为2.5×10-4C,质量为0.5kg 的小球从坐标原点O沿y轴正方向以一定的初速度竖直向上抛出,它到达的最高点位置为图中的Q点,不计空气阻力,g取10 m/s2。试分析求解:

(1) 小球带何种电荷;
(2) 该匀强电场的电场强度大小;
(3) 小球从O点抛出到落回x轴的过程中电势能的改变量;
(4) 小球落回x轴时的动能。
(1)负电(2)104V/m(3)电势能减少了16J(4)32J

试题分析:(1)小球带负电。
(2)小球在y轴方向上做竖直上抛运动,设小球到达最高点所用的时间为t1,上升的高度为h,电场强度为E

在x轴方向上,小球做匀加速运动,水平方向上的位移
小球的加速度a

联立以上各式,根据图像的数据可得,电场强度E=104V/m
(3)小球在运动的过程中总时间t2=2t1
小球在x轴运动的位移 
电场力做的功 
联立以上各式可得 W=16J
在整个过程中小球的电势能减少了16J
(4)小球抛出时的速度v0 

v0=8m/s
小球落回抛出点时沿x轴方向的速度v

v=8m/s
小球落回x轴的动能 =32J
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