质量为m,带电量为+q的小球从距地面h处以一定初速度水平抛出,在距抛出点水平距离为L处,有一根管口比小球直径略大的上下都

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  • 受力分析:小球受重力,竖直向下;受电场力,水平向左;两个力互相垂直,在彼此方向上没有分量

    所以:小球在竖直方向上做自由落体运动,在水平方向上做初速度为V0的匀减速运动

    因为小球在竖直方向上做自由落体,出高度为H,末高度为H/2,可知竖直方向上位移为H-H/2=H/2

    设运动时间为t,则:0.5gt^2=H/2,求得:t=√(H/g)

    再来看水平方向,设初速度水平向右的方向为正方向,则:

    因为匀强电场方向向左,所以水平方向加速度为负值

    设水平方向加速度为a,则:V0t-0.5at^2=L (1)

    且因为要使球能无碰撞地通过管子,说明小球运动到管口的时候,水平方向速度为零,也就是说,水平方向V0-at=0 (2)

    用(1)式和(2)式组成方程组,解得:

    V0=2L/t=2L/√(H/g) (此为第一问答案)

    a=2L/(t^2)=2Lg/H

    求出了水平方向加速度a,和小球质量M,可求得电场力F=Ma=2LMg/H

    又已知电量Q,即可求出电场强度E=F/Q=2LMg/HQ (此为第二问答案)

    第三问:落地时是指小球在钻过管子后的时刻,而不是进管子的时刻

    分析:小球在竖直方向始终只受重力,所以在做能量转换,没有能量变化

    水平方向,原有初速度,所以原有动能,然而根据题意,小球无碰撞地通过管子,说明小球运动到管口时,水平方向速度为零了,进入管子后继续做自由落体运动.

    因此最终的结果是,小球最初的重力势能全部转化为动能,水平方向原有的动能被电场力做负功给完全消耗掉了.

    那么小球落地时所拥有的动能,就是最出的重力势能所转化过来的竖直方向上的动能.不需要计算,直接可以判断出答案为Ek=MgH

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