题目内容

如图所示,两块竖直放置的平行金属板A、B,两板相距d,两板间电压为U,一质量为m的带电小球从两板间的M点开始以竖直向上的初速度v运动,当它到达电场中的N点时速度变为水平方向,大小变为2v,求M、N两点间的电势差和电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g)

【答案】分析:小球在电场中受到重力和电场力,运用运动的分解法研究:竖直方向做匀减速直线运动,根据运动学公式可求出MN间的高度差,由位移公式分别研究水平和竖直两个方向,根据时间相等,求出水平位移的大小,由U=Ed公式求解MN间的电势差.根据动能定理求解电场力对小球做功.
解答:解:竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h=
小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则
水平位移:
 又
联立得,x=2h=
故M、N间的电势差为UMN=-Ex=-=-
从M运动到N的过程,由动能定理得
  W+WG=-

所以联立解得,
答:M、N间电势差为-,电场力做功为
点评:本题抓住小球所受的电场力与重力分别在水平和竖直两个方向,运用运动的分解研究研究.
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