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高中 | 带电粒子在等效重力场中的运动题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第一章 静电场
1.9 带电粒子在电场中的运动
带电粒子在等效重力场中的运动
如图所示,场强为$E$的匀强电场方向竖直向下,所带电荷量为$-q$,质量为$m$的带电小球用长为$L$的绝缘细线拴住,小球可以在竖直平面内绕О做圆周运动,$A$、$B$分别是轨迹的最高点和最低点。已知小球静止时的位置是$A$点,重力加速度大小为$g$,小球可以看成质点,下列说法正确的是$(\qquad)$
若小球静止在$A$点时给球一垂直绳的极小速度,则小球经$\\pi\\sqrt{\\dfrac{mL}{qE-mg}}$再次回到$A$点
","若小球静止在$A$点时给球一垂直绳的极小速度,则小球经$\\pi\\sqrt{\\dfrac{mL}{qE}}$再次回到$A$点
","若小球恰好可以做完整的圆周运动,则小球通过$A$点时速度最小值为$\\pi\\sqrt{\\dfrac{5qEL}{m}}$
","若小球恰好可以做完整的圆周运动,则小球通过$A$点时速度最小值为$v_{A}=\\sqrt{\\dfrac{5(qE-mg)L}{m}}$
"]$\rm AB$.小球在复合场中做简谐振动,对其受力分析可知$qE−mg=mg'$
解得$g'=\dfrac{qE-mg}{m}$
将小球的简谐振动类比于单摆,可知其振动周期$T=2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g'}}=2\pi\sqrt{\dfrac{mL}{qE-mg}}$
小球再次回到$A$点时需半个周期的时间,即$t=\dfrac{1}{2}T=\pi\sqrt{\dfrac{mL}{qE-mg}}$
$\rm A$正确,$\rm B$错误;
$\rm CD$.设小球在$B$点的速度为$v_{B}$,则有$qE-mg=m\dfrac{v_{B}^{2}}{L}$
根据动能定理可得$(qE-mg) \cdot 2L=\dfrac{1}{2}mv_{A}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{B}^{2}$
联立上述各式解得$v_{A}=\sqrt{\dfrac{5(qE-mg)L}{m}}$
故$\rm C$错误,$\rm D$正确。
故选:$\rm AD$。
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