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如图所示,在竖直虚线MN的右侧存在着电场强度为E1=3×102N/C、方向竖直向...

如图所示,在竖直虚线MN的右侧存在着电场强度为E1=3×102N/C、方向竖直向上的匀强电场E1,在MN的左侧存在着水平方向的匀强电场E2.在右侧的匀强电场E1中,一条长为L=0.8m的绝缘细线一端固定在O点,另一端拴着质量m=0.3kg、电荷量q=2×10-2C的小球,O点到虚线MN的距离为x=1.2m.现将细线拉直到水平位置,使小球由静止释放,则小球能运动到图中的位置P(P点在O点的正上方).(不计阻力,取g=10m/s2
(1)判断小球的电性;(不需要说明理由)
(2)求小球运动到P点的速度大小vp
(3)若小球运动到P点时细线刚好断裂,细线断裂后小球继续运动,求小球运动到虚线MN处时速度大小;
(4)在(3)的情况下,若小球运动经过虚线MN后进入左侧的匀强电场E2恰能做直线运动,求匀强电场E2的大小.

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(1)根据电场力与电场强度方向的关系分析小球的电性; (2)小球从静止释放到运动至P点,根据动能定理即可求解; (3)细线断裂后小球继续运动到虚线MN处,该过程小球做类平抛运动(水平匀速,竖直匀加速),根据平抛运动的基本规律即可求解; (4)小球进入左侧的匀强电场E2只在重力和电场力作用下恰能做直线运动,说明重力与电场力的合力方向必与速度方向在同一条直线上,通过分析可得电场力的方向水平向右,小球所受合力方向与速度方向相反. 【解析】 (1)小球要向上运动,电场力必须向上,故小球带正电;   (2)小球从静止释放到运动至P点,根据动能定理得: 解得: (3)细线断裂后小球继续运动到虚线MN处,该过程小球做类平抛运动(水平匀速,竖直匀加速),如图,设做类平抛运动的时间为t,则:vP•t=x① 由牛顿第二定律得:qE1-mg=ma② 小球运动到虚线MN处时竖直方向的分速度为vy=at③ 合速度为④ 联立①②③④代入数据解得:v=5m/s (4)小球进入左侧的匀强电场E2只在重力和电场力作用下恰能做直线运动,说明重力与电场力的合力方向必与速度方向在同一条直线上,通过分析可得电场力的方向水平向右,小球所受合力方向与速度方向相反.如右图所示,则: ⑤ ⑥ 解得: 答:(1)小球带正电; (2)小球运动到P点的速度为4m/s; (3)若小球运动到P点时细线刚好断裂,细线断裂后小球继续运动,小球运动到虚线MN处时速度大小为5m/s; (4)在(3)的情况下,若小球运动经过虚线MN后进入左侧的匀强电场E2恰能做直线运动,匀强电场E2的大小为2×102N/C.
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考点分析:
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求:
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(4)小球在水平面上从A运动到B时所受的水平恒力F的大小.

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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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