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
如图所示,在地面上方的水平匀强电场中,一个质量为$m$、电荷量为$+q$的小球,系在一根长为$d$的不可伸长绝缘细线一端,可以在竖直平面内绕$O$点做圆周运动。$AB$为圆周的水平直径,$CD$为竖直直径。已知重力加速度为$g$,电场强度$E=\dfrac{mg}{q}$,以$O$点所在水平面为重力势能的零势能面,以$O$点所在的竖直面为电势能的零势能面,下列说法正确的是$(\qquad)$
若小球能在竖直平面内绕$O$点做圆周运动,则它运动到$B$点动能最大
","若小球恰能在竖直平面内绕$O$点做圆周运动,则它运动的最小速度为$v=\\sqrt{\\sqrt{2}gd}$
","若小球恰能在竖直平面内绕$O$点做圆周运动,则小球运动到$C$点时的机械能为$0$
","若在$A$点静止释放小球,则小球运动到$B$点的速度为$\\sqrt{2gd}$
"]$\rm A$.小球受向右的电场力$F_{电}=Eq=mg$
和向下的重力$G=mg$
则合力为$F=\sqrt{2}mg$
方向与水平方向夹角为$45^\circ$斜向下,则$BC$的中点位置为等效“最低点”,可知若小球能在竖直平面内绕$O$点做圆周运动,则它运动到$BC$中点时的动能最大,选项$\rm A$错误;
$\rm B$.若小球恰能在竖直平面内绕$O$点做圆周运动,则在等效“最高点”时速度最小,该位置在$AD$的中点,根据$\sqrt{2}mg=m\dfrac{v_{\min}^{2}}{d}$
它运动的最小速度为$v_{\min}=\sqrt{\sqrt{2}gd}$
选项$\rm B$正确;
$\rm C$.若小球恰能在竖直平面内绕$O$点做圆周运动,则在$AD$中点时的机械能$E_{1}=\dfrac{1}{2}mv_{\min}^{2}+mgd\sin 45{^\circ}=\sqrt{2}mgd$
从$AD$中点到$C$点电场力做功$W=qEd\sin 45{^\circ}=\dfrac{\sqrt{2}}{2}mgd$
则小球运动到$C$点时的机械能为$E_{2}=E_{1}+W=\dfrac{3\sqrt{2}}{2}mgd$
选项$\rm C$错误;
$\rm D$.若在$A$点静止释放小球,则小球先沿直线运动到$C$点由动能定理$\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}=\sqrt{2}mg \cdot \sqrt{2}d$
到达$C$点后沿水平方向的速度$v_{Cx}=v_{C}\sin 45{^\circ}=\sqrt{2gd}$
从$C$到$B$做圆周运动,根据动能定理$\dfrac{1}{2}mv_{B}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{Cx}^{2}=qEd-mgd$
解得$v_{B}=\sqrt{2gd}$
选项$\rm D$正确。
故选:$\rm BD$。
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