质量m=2.0×10-4kg、电荷量q=1.0×10-6C的带正电微粒悬停在空间范围足够大的匀强电场中,电场强度大小为E1.在t=0时刻,电场强度突然增加到E2=4.0×103N/C,场强方向保持不变.到t=0.20s时刻再把电场方向改为水平向右,场强大小保持不变.取g=10m/s2.求:
(1)原来电场强度E1的大小?
(2)t=0.20s时刻带电微粒的速度大小?
(3)带电微粒运动速度水平向右时刻的动能?
网友回答
解:(1)当场强为E1的时候,带正电微粒静止,所以mg=E1q
所以?E1==2.0×103N/C?
?? (2)当场强为E2的时候,带正电微粒由静止开始向上做匀加速直线运动,设0.20s后的速度为v,
由牛顿第二定律:E2q-mg=ma,得到a==10m/s2.
由运动学公式?v=at=2m/s
?? (3)把电场E2改为水平向右后,带电微粒在竖直方向做匀减速运动,设带电微粒速度达到水平向右所用时间为t1,则?0-v1=-gt1?解得:t1=0.20s?
设带电微粒在水平方向电场中的加速度为a2,
根据牛顿第二定律?qE2=ma2,解得:a2=20m/s2?
设此时带电微粒的水平速度为v2,v2=a2t1,解得:v2=4.0m/s
设带电微粒的动能为Ek,Ek==1.6×10-3J
答:(1)原来电场强度E1的大小是2.0×103N/C;
??? (2)t=0.20s时刻带电微粒的速度大小是2m/s;
??? (3)带电微粒运动速度水平向右时刻的动能1.6×10-3J.
解析分析:(1)当场强为E1的时候,带正电微粒静止,重力与电场力平衡,由平衡条件求解电场强度E1的大小.
(2)当场强为E2的时候,带正电微粒由静止开始向上做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求出加速度,由初速度为零和时间,由速度公式求解t=0.20s时刻带电微粒的速度大小.
(3)t=0.20s时刻把电场方向改为水平向右后,粒子受到的电场力也变为水平向右,采用运动的分解法:竖直方向做竖直上抛运动,水平方向做初速度零的匀加速运动.由竖直方向匀减速运动求出速度减小到零的时间,此时速度即变为水平方向,由牛顿定律和速度公式结合求解速度水平向右时刻的速度,再求解动能.
点评:本题是带电粒子在电场中平衡与运动问题,首先要分析粒子的受力情况来分析运动情况,第(3)问题应用是运动的分解方法,并要抓住水平方向与竖直方向具有等时性的特点.