Question

如圖所示，真空中存在空間范圍足夠大的、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)中，一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子從O點(diǎn)出發(fā)，初速度的大小為v₀，在重力和電場(chǎng)力的共同作用下恰能沿與場(chǎng)強(qiáng)的反方向成θ角做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，求：
（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的大��；
（2）粒子運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)之間的電勢(shì)差．

Answer 1

分析：（1）由題，粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，受到重力和電場(chǎng)力作用，合力必定與速度在同一直線上，作出兩個(gè)力的合力，求出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小．
（2）粒子運(yùn)動(dòng)從出發(fā)點(diǎn)到最高點(diǎn)的過程中，重力做功為-mgssinθ，電場(chǎng)力做功為-qU，根據(jù)動(dòng)能定理求出最高點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)之間的電勢(shì)差U．

解答：解：
（1）依題意，粒子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)粒子受力分析：粒子受到水平向右的電場(chǎng)力和豎直向下的重力，可知粒子帶負(fù)電，則有
  mg=qEtanθ
解得勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E=

mgcotθ

q

（2）粒子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)速度為零，設(shè)運(yùn)動(dòng)的位移為s，由動(dòng)能定理：
-mgssinθ-qU=0-

1

2

mv₀² 
得到最高點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)之間的電勢(shì)差：U=

1

2q

mv₀²cos²θ 
答；
（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的大小為

mgcotθ

q

；
（2）粒子運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)之間的電勢(shì)差是

1

2q

mv₀²cos²θ．

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵在于把握物體做直線運(yùn)動(dòng)的條件：合力與速度共線．分析受力情況是解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的基礎(chǔ)．