| 带电粒子在等效重力场中的运动 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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,竖直平面内有平行于该平面的匀强电场,一带电小球由$M$点斜向上抛出,速度大小为$v$、方向与水平面成$60^\circ $角,经过时间$t$到达$N$点,速度大小仍为$v$、方向水平向右。已知小球运动轨迹在该竖直平面内,重力加速度大小为$g$$t=\dfrac{\sqrt{3}v}{g}$。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

电场强度方向水平向右

","

小球受电场力大小为重力的$\\dfrac{1}{2}$

","

$M$$N$的过程,电场力做功为$\\dfrac{3}{4}mv^{2}$

","

$M$$N$的过程,小球的电势能先减少后增大

"]
[["C"]]

$\rm AB$.分析可知带电小球在电场中做匀变速曲线运动,以$M$点为坐标原点,水平向右为$x$轴正方向,竖直向上为$y$轴正方向,竖直方向的加速度$a_{y}=\dfrac{0-v\sin 60{^\circ}}{t}=- \dfrac{1}{2}g$

水平方向的加速度$a_{x}=\dfrac{v-(-v\cos 60{^\circ})}{t}=\dfrac{\sqrt{3}}{2}g$

设电场力为$F$,其水平方向的分力$F_{x}=ma_{x}=\dfrac{\sqrt{3}}{2}mg$

其竖直方向的分力为$F_{y}$,则$F_{y}-mg=ma_{y}$

$F_{y}=\dfrac{1}{2}mg$

故电场力大小$F=\sqrt{F_{x}^{2}+F_{y}^{2}}=mg$,方向$\tan\theta=\dfrac{F_{y}}{F_{x}}=\dfrac{\dfrac{1}{2}mg}{\dfrac{\sqrt{3}}{2}mg}=\dfrac{\sqrt{3}}{3}$

$\theta=30^\circ $,即电场力与$x$正方向成$30^\circ $斜向上,因小球带电性质未知,故不能判断电场强度方向,故$\rm AB$错误;

$\rm C$.从$M$$N$的过程,竖直方向的高度$h=\dfrac{0-v_{y}^{2}}{2a_{y}}=\dfrac{3v^{2}}{4g}$,设电场力做功为$W$,由动能定理得$W-mgh=\dfrac{1}{2}mv^{2}-\dfrac{1}{2}mv^{2}$,解得$W=\dfrac{3}{4}mv^{2}$,故$\rm C$正确;

$\rm D$.由$\rm AB$选项分析可知,电场力与$x$正方向成$30^\circ $斜向上,$M$点电场力和速度方向垂直,从$M$$N$的过程,电场力与速度方向为锐角,故电场力一直做正功,电势能减小,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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如图所示,有一带电物块(可视为质点)静止在光滑斜面的 处,物块的电荷量,质量 ,斜面的倾角为。斜面与水平绝缘轨道 平滑,在直线 左侧有水平向左的匀强电场, 右侧有水平向右的匀强电场,水平轨道 与竖直平面内的半圆形绝缘光滑轨道 平滑连接,半圆形轨道的半径。现撤去电场,物块从 处由静止下滑,恰好能通过半圆形轨道的最高点 ,然后落至水平轨道 上。已知 距离水平轨道的高度为,带电物块与 间的动摩擦因数为 ,取 ,求: 设在地面上方的真空室内,存在着方向水平向右的匀强电场和方向垂直于纸面向内的匀强磁场,如图所示。一段光滑且绝缘的圆弧轨道固定在纸面内,其圆心为点,半径,,连线在竖直方向上,弧对应的圆心角。今有一质量、电荷量的带电小球,以的初速度沿水平方向从点射入圆弧轨道内,一段时间后从点离开,此后小球做匀速直线运动。重力加速度,,。求: 如图所示,在竖直平面内有水平向左的匀强电场,在匀强电场中有一根长为的绝缘细线,细线一端固定在点,另一端系一质量为的带电小球。小球静止时细线与竖直方向成角,此时让小球获得初速度且恰能绕点在竖直平面内沿逆时针方向做圆周运动,重力加速度为,不考虑空气阻力。下列说法正确的是 如图所示,在地面上方的水平匀强电场中,一个质量为、电荷量为的小球,系在一根长为的不可伸长绝缘细线一端,可以在竖直平面内绕点做圆周运动。为圆周的水平直径,为竖直直径。已知重力加速度为,电场强度,以点所在水平面为重力势能的零势能面,以点所在的竖直面为电势能的零势能面,下列说法正确的是 如图,在竖直向上的匀强电场中,球位于球的正上方,质量相等的两个小球以相同初速度水平抛出,它们最后落在水平面上同一点,其中只有一个小球带电,不计空气阻力,下列判断正确的是 如图所示,是光滑绝缘的半圆形轨道,位于竖直平面内,直径竖直,轨道半径为,下端与水平光滑绝缘轨道在点平滑连接,整个轨道处在水平向左的匀强电场中。现有一质量为、带正电的小球(可视为质点)由水平轨道上的点静止释放,已知之间的距离,滑块受到的静电力大小为,重力加速度为。
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