稿件来源:高途
| 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,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$\\dfrac{1}{2}$
","从$M$到$N$的过程,电场力做功为$\\dfrac{3}{4}mv^{2}$
","从$M$到$N$的过程,小球的电势能先减少后增大
"]$\rm AB$.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$F_{y}-mg=ma_{y}$
得$F_{y}=\dfrac{1}{2}mg$
故电场力大小$F=\sqrt{F_{x}^{2}+F_{y}^{2}}=mg$,方向$\tan\theta=\dfrac{F_{y}}{F_{x}}=\dfrac{\dfrac{1}{2}mg}{\dfrac{\sqrt{3}}{2}mg}=\dfrac{\sqrt{3}}{3}$
得$\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$M$到$N$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$到$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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