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在光滑水平面上有一质量m=1.0×10-3kg,电量q=1.0×10-10C的带...

在光滑水平面上有一质量m=1.0×10-3kg,电量q=1.0×10-10C的带正电小球静止在O点,以O点为原点,在该水平面内建立直角坐标系Oxy,现突然加一沿x轴正方向,场强大小E=2.0×106V/m的匀强电场,使小球开始运动经过1.0s,所加电场突然变为沿y轴正方向,场强大小仍为E=2.0×106V/m的匀强电场再经过1.0s,所加电场又突然变为另一个匀强电场,使小球在此电场作用下经1.0s速度变为零.求此电场的方向及速度变为零时小球的位置.
分析小球的运动情况:第1s内小球沿x轴正方向做匀加速直线运动,第2s内做类平抛运动,加速度沿y轴正方向,第3s内做匀减速直线运动.根据牛顿第二定律和运动学公式求出第1s末小球的速度和位移.对于类平抛运动,运用运动的分解法求出第2秒末小球的速度大小和方向,并求出x方向和y方向的位移大小.再根据牛顿第二定律和运动学公式求出电场的方向和第3s末的位置. 【解析】 由牛顿第二定律得知,在匀强电场中小球加速度的大小恒为:a= 代入数值得:a=m/s2=0.20m/s2 第1s内:场强沿x正方向时,经过1秒钟小球的速度大小为:    Vx=at=0.20×1.0=0.20m/s  速度的方向沿x轴正方向,小球沿x轴方向移动的距离 △x1=at2=×0.20×1.02=0.10m  第2秒内:电场方向沿y轴正方向,故小球在x方向做速度为Vx的匀速运动,在y方向做初速为零的匀加速运动, 沿x方向移动的距离:△x2=Vxt=0.20m  沿y方向移动的距离:△y=at2=×0.20×1.02=0.10m  故在第2秒末小球到达的位置坐标:x2=△x1+△x2=0.30m      y2=△y=0.10m  在第2秒末小球在x方向的分速度仍为Vx,在y方向的分速度为    Vy=at=0.20×1.0=0.20m/s  由上可知,此时运动方向与x轴成45°角.要使小球速度能变为零,则在第3秒内所加匀强电场的方向必须与此方向相反,即指向第三象限,与x轴成225°角. 第3秒内:设在电场作用下小球加速度的x分量和y分量分别为ax,ay,则    ax==0.20m/s2,    ay==0.20m/s2  在第3秒未小球到达的位置坐标为   x3=x2+Vxt-axt2=0.40m,   y3=y2+Vyt-ayt2=0.20m  答:此电场的方向为指向第三象限,与x轴成225°角.速度变为零时小球的位置为x3=0.40m,y3=0.20m.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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