题目内容
(19分)如图所示,固定于同一条竖直线上的A、B是两个带等量异种电荷的点电荷,电荷量均为Q,其中A带正电荷,B带负电荷,A、B相距为2d。MN是竖直放置的光滑绝缘细杆,另有一个穿过细杆的带电小球P,质量为m、电荷量为+q(可视为点电荷),现将小球P从与点电荷A等高的C处由静止开始释放,小球P向下运动到距C点距离为d的D点时,速度为v。已知MN与AB之间的距离为d,静电力常量为k,重力加速度为g,若取无限远处的电势为零,试求:
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(1)在A、B所形成的电场中,C的电势φC。
(2)小球P经过D点时的加速度。
(3)小球P经过与点电荷B等高的E点时的速度。
解析:
(1)由等量异种电荷形成的电场特点可知,D点的电势与无限远处电势相等,即D点电势为零。小球P由C运动到D的过程,由动能定理得:
①
②
③
(2)小球P经过D点时受力如图:由库仑定律得:
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④
由牛顿第二定律得:
⑤
⑥
(3)小球P由D运动到E的过程,由动能定理得:
⑦
由等量异种电荷形成的电场特点可知:
⑧
联立①⑦⑧解得:
⑨
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