Question

如图所示，带有正电荷量Q的细铜圆环竖直固定放置，一带正电荷量q的粒子从很远处沿水平轴线飞来并到达圆心O。不计粒子的重力。关于粒子的上述过程，下列说法中正确的是

A．粒子先做加速运动后做减速运动

B．粒子的电势能先增大，后减小

C．粒子的加速度先增大，后减小

D．粒子的动能与电势能之和先减小，后增大

Answer

C

【解析】带电粒子向竖直圆环飞来的过程中，圆环与粒子之间始终存在排斥力，所以粒子一直做减速运动，故A错误。这个过程中需要克服电场力做功，所以电势能增加，故B错误。圆环上的点对粒子的排斥力的合力沿轴线方向，我们可以取圆环上对称的两点对粒子排斥力的合力随着距离的变化来代表整个圆环对粒子排斥力随距离的变化。这两个对称点对粒子的力大小相等随距离的减小而增大，在很远处时，两个力的夹角很小，所以两个力的合力随着距离的减小在增大，当达到一定距离后，两个力的夹角大到一定角度时，尽管两个力在增大，但它们的合力在减小，所以粒子的加速度先是增大后减小，C正确。整个过程，粒子的机械能守恒，所以粒子的动能与电势能之和不变，故D错误。