题目内容

9.如图所示,长L=1m、光滑的杆倾斜放置,与水平面的夹角为45°,一带正电、质量为m=0.1kg、电荷量为q=10-4C的小球套在杆上.以杆的下端点为坐标原点,在杆所在的竖直平面内建立平面直角坐标系xOy,x轴水平,整个空间存在平行于xOy平面的匀强电场.让小球以某一初速度v从杆的上端开始沿杆下滑,离开杆时其速度大小为2$\sqrt{2}$m/s,通过A(0.2,-0.6)点时其速度大小为vA=4m/s,通过B(-0.6,-3)点时其速度大小为vB=4$\sqrt{5}$m/s,取g=10m/s2,求:
(1)O、A两点的电势差UOA,O、B两点的电势差UOB;
(2)电场强度的大小和方向;
(3)小球的初速度v;
(4)小球离开O点后通过y轴时的动能.

分析 (1)从O到A,和从O到B的过程中,根据动能定理列式求解;
(2)电场线方向与等势面垂直,据此分析电场强度方向,根据U=Ed求解电场强度;
(3)对小球在杆上运动过程受力分析,得出小球的运动情况即可求解;
(4)离开O点后,小球做类平抛运动,根据平抛运动基本公式结合动能定理求解.

解答 解:(1)从O到A,根据动能定理得:$mg{h}_{OA}+q{U}_{OA}=\frac{1}{2}m{{v}_{A}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{0}}^{2}$,
代入数据解得:UOA=-2000V,
从O到B,根据动能定理得:$mg{h}_{OB}+q{U}_{OB}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{0}}^{2}$,
代入数据解得:UOB=6000V,
(2)连接AB,与y轴交于C点,由几何关系可知,OC为等势面,因此电场方向沿x轴负方向,设电场强度为E,则$E=\frac{{U}_{OB}}{|{x}_{B}|}$
代入数据解得:E=1×104V/m
(3)对小球在杆上运动过程受力分析,如图所示,根据题意,G=F电,
可知小球在杆子运动时,合力为零,小球做匀速运动,因此,v=${v}_{0}=2\sqrt{2}m/s$,
(4)离开O点后,小球做类平抛运动,$\overline{OD}cos45°={v}_{0}t$,$\overline{OD}sin45°=\frac{1}{2}a{t}^{2}$,a=$\sqrt{2}g$,
代入数据解得:$\overline{OD}=1.6m$
从O到D,根据动能定理得:$mg{h}_{OD}={E}_{KD}-\frac{1}{2}m{{v}_{0}}^{2}$
代入数据解得:EKD=2.0J
答:(1)O、A两点的电势差为-2000V,O、B两点的电势差为6000V;
(2)电场强度的大小为1×104V/m,方向沿x轴负方向;
(3)小球的初速度v为$2\sqrt{2}m/s$;
(4)小球离开O点后通过y轴时的动能为2.0J.

点评 本题主要考查了动能定理、平抛运动基本公式以及U=Ed的直接应用,要求同学们能正确分析小球的受力情况和运动情况,难度适中.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网