题目内容

在光滑水平面上有一质量m=1.0×10-3kg,电量q=1.0×10-10C的带正电小球,静止在O点,以O点为原点,在该水平面内建立直角坐标系Oxy,现突然加一沿x轴正方向,场强大小E=2.0×106V/m的匀强电场,使小球开始运动,经过1.0s,所加电场突然变为沿y轴正方向,场强大小仍为E=2.0×106V/m的匀强电场,再经过1.0S,所加电场又突然变为另一个匀强电场,使小球在此电场作用下经1.08速度变为零。求此电场的方向及速度变为零时小球的位置。

x3=0.40m   y3=0.20m


解析:

由牛顿定律得知,在匀强电场中小球加速度的大小为 a=qE/m 代入数值得 a=1.0×10-10×2.0×106/(1.0×10-3)=0.20m/s2

当场强沿x正方向时,经过1秒钟小球的速度大小为

vx=at=0.20×1.0=0.20m/s

速度的方向沿x轴正方向,小球沿x轴方向移动的距离

sx1=(1/2)at2=(1/2)×0.20×1.02=0.10m

在第2秒内,电场方向沿y轴正方向,故小球在x方向做速度为vx的匀速运动,在y方向做初速为零的匀加速运动,沿x方向移动的距离

Sx2=vxt=0.20m

沿y方向移动的距离

sy=(1/2)at2=(1/2)×0.20×1.02=0.10m

故在第2秒末小球到达的位置坐标

x2=Sx1+Sx2=0.30m, y2=Sy=0.10m

在第2秒末小球在x方向的分速度仍为vx,在y方向的分速度

vy=at=0.20×1.0=0.20m/s

由上可知,此时运动方向与x轴成45°角。要使小球速度能变为零,则在第3秒内所加匀强电场的方向必须与此方向相反,即指向第三象限,与x轴成225°角。在第3秒内,设在电场作用下小球加速度的x分量和y分量分别为ax,ay,则

ax=vx/s=0.20m/s2

ay=vy/t=0.20m/s2

在第3秒末小球到达的位置坐标为

x3=x2+vxt-1/2axt2=0.40m

y3=y2+vyt-1/2ayt2=0.20m

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