解题思路:(1)根据动能定理可知,合力做功最多的时候,物体的动能最大,所以当电荷所受合力为零时,电场力做功最多,此时的速度最大.
(2)电荷在p点处速度最大时,点电荷在p点处受到的受到的库仑力的合力沿op的方向,根据库仑力的公式可以求得夹角的大小.
(3)在p点电荷的速度最大,电势能最小,由此可以知道p点处的电势能最低.
(1)设在AB连线上运动过程中能达到最大速度的位置离A点的距离为x,正电荷在A、B连线上速度最大处应该是电荷所受合力为零,
即:k
Q1q
x2=k
Q2q
(L−x)2
解得:x=[1/3]L
(2)若点电荷在p点处受到的受到的库仑力的合力沿op的方向,则它在p点处速度最大,
即此时满足:tanθ=
F2
F1=
k
4Qq
(2Rsinθ)2
k
(2rcosθ)2=
4cos2θ
sin2θ
解得:θ=arctan
34
.
(3)p′点即为p
因为正电荷从A点沿管道运动至p的过程中,电场力做正功,它的电势能减小,而从p运动至B的过程中,克服电场力做功,它的电势能增加,因此该正电荷在p处电势能最小,相应p点处的电势能最低.
答:(1)在AB连线上运动过程中能达到最大速度的位置离A点的距离为[1/3]L.
(2)PA和AB连线的夹角θ为arctan
34
.
(3)p′点即为p
因为正电荷从A点沿管道运动至p的过程中,电场力做正功,它的电势能减小,而从p运动至B的过程中,克服电场力做功,它的电势能增加,因此该正电荷在p处电势能最小,相应p点处的电势能最低.
点评:
本题考点: 库仑定律;力的合成与分解的运用.
考点点评: 本题主要的是分析清楚电荷的速度最大的位置,当电荷的速度最大的时候,电荷的动能也就最大,此时电场力做的功最多,电势能最小.