题目内容

16.一个质量为m、电荷量为+q的小球以初速度v0水平抛出,在小球经过的竖直平面内,存在着若干个如图所示的无电场区和有理想上下边界的匀强电场区,两区域相互间隔、竖直高度相等,电场区水平方向无限长,已知每一电场区的场强大小相等、方向均竖直向上,不计空气阻力,下列说法正确的是(  )
A.若场强大小等于$\frac{mg}{q}$,则小球经过每一电场区的时间均相同
B.若场强大小等于$\frac{mg}{q}$,则小球经过每一电场区都做直线运动
C.若场强大小等于$\frac{2mg}{q}$,则小球经过每一无电场区的时间均相同
D.无论场强大小如何,小球通过所有无电场区的时间均相同

分析 将小球的运动沿着水平方向和竖直方向正交分解,其水平方向不受外力,做匀速直线运动,竖直方向在无电场区做匀加速运动,有电场区也做匀变速运动,但加速度不同,运用速度时间关系公式分析,可以得到小球在竖直方向的运动规律.

解答 解:A、将小球的运动沿着水平方向和竖直方向正交分解,水平方向不受外力,以v0做匀速直线运动;竖直方向上,在无电场区只受重力,加速度为g,竖直向下,有电场区除重力外,还受到向上的恒定的电场力作用,加速度的大小和方向取决于合力的大小和方向.
当场强大小等于$\frac{mg}{q}$时,电场力等于mg,故在电场区小球所受的合力为零,在无电场区小球匀加速运动,故经过每个电场区,小球的速度均不等,因而小球经过每一无电场区的时间均不相等,故A错误;
B、当场强大小等于$\frac{mg}{q}$时,电场力等于mg,方向相反,则小球的合力为零,所以小球经过每一电场区都做匀速直线运动,故B正确.
C、若场强大小等于$\frac{2mg}{q}$时,电场力等于2mg,故在电场区小球所受的合力大小等于mg,方向竖直向上,加速度大小等于g,方向竖直向上,根据运动学公式,有
经过第一个无电场区 y=$\frac{1}{2}$gt12,v1=gt1
经过第一个电场区 y=v1t-$\frac{1}{2}$gt22
v2=v1-gt2
联立解得 t1=t2,v2=0,接下来小球的运动重复前面的过程,即每次通过无电场区都是自由落体运动,每次通过电场区都是末速度为零匀减速直线运动,可知,小球经过每一无电场区的时间均相同.故C正确;
D、通过前面的分析可知,物体通过每个无电场区的初速度不一定相同,所以,通过电场的时间不同;故D错误;
故选:BC.

点评 本题是带电粒子在电场中运动的问题,将小球的运动沿水平方向和竖直方向正交分解后,对于竖直方向的运动,关键是找出小球的运动的一般规律,然后分析计算.

练习册系列答案
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5.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中.
(1)在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”.这种研究物理问题的科学方法是B
A.建立理想模型的方法     B.控制变量法     C.等效替代法    D.类比法
(2)研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时,下列说法中正确的是D
A.平衡摩擦力时,应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车质量时,要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源
D.在小车中增减砝码,应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量
(3)某次实验中得到一条纸带,如图1所示,从比较清晰的点起,每5个计时点取一个计数点,分别标明0、l、2、3、4…,量得0与 1两点间距离x1=30mm,1与2两点间距离x2=36mm,2与3两点间距离x3=42mm,3与4两点间的距离x4=48mm,则小车在打计数点2时的瞬时速度为0.39 m/s,小车的加速度为0.6m/s2

(4)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示:(小车质量保持不变)
F/N0.200.300.400.500.60
a/m•s-20.100.200.280.400.52
①根据表中的数据在图2坐标图上作出a-F图象.
②图线不过原点的原因可能是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.
③图中的力F理论上指A,而实验中却用B表示.(选填字母符号)
A.绳对小车的拉力      B.砂和砂桶的重力.

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