题目内容

真空中存在空间范围足够大的.水平向右的匀强电场.在电场中,若将一个质量为m=0.1kg.带正电的小球由静止释放,运动中小球速度与竖直方向夹角为37°.现将该小球从电场中某点以初速度v0=10m/s竖直向上抛出,求运动过程中(取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)
(1)小球受到的电场力的大小及方向.
(2)小球从抛出点至最高点的过程中水平位移为多大?
(3)小球从抛出点至最高点的过程中电势能的变化量.
分析:(1)根据小球速度方向与合力方向在同一条直线上,根据平行四边形定则得出电场力的大小和方向.
(2)将小球的运动分解为水平方向和竖直方向,通过竖直方向上的运动求出运动的时间,从而通过水平方向上的运动规律求出水平位移的大小.
(3)根据电场力做功与电势能的关系得出电势能的变化量.
解答:解:(1)由题意,电场力大小F=mgtan37°=
3
4
mg=0.75N
,方向:水平向右      
(2)小球沿竖直方向做匀减速运动,速度为vy
vy=v0-gt  小球上升到最高点的时间t=
v0
g
=1s  
小球沿水平方向做初速度为0的匀加速运动,加速度为a,则有:
a=
qE
m
=
3
4
g=7.5m/s2

此过程小球沿电场方向位移为:s=
1
2
at2=3.75m    
(3)电场力做功 W=qEs=2.81J
故:小球上升到最高点的过程中,电势能减少2.81J.   
答:(1)电场力的大小为0.75N,方向水平向右.
(2)小球从抛出点至最高点的过程中水平位移为3.75m.
(3)小球从抛出点至最高点的过程中电势能的减小2.81J.
点评:解决本题的关键知道小球竖直上抛时,在竖直方向和水平方向上的运动规律,结合牛顿 第二定律和运动学公式灵活求解.
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