解题思路:设正方形为ABCD,小球从AC中点进入电场.要考虑电场方向的可能性,电场可能平行于AB向左或向右,也可能平行于AC向上或向下.若平行于AB,将做加速或减速,若平行于AC,将做类平抛运动,然后根据动能定理求解.
①若电场的方向平行于AB向左,小球所受的电场力向左,小球在匀强电场中做匀减速直线运动,若能达到BD端,
根据动能定理得:−qEL=Ek−
1
2mv02
则到达另一端时的动能为:Ek=
1
2mv02−qEL.
若不能到达BD端,则又返回到AC段,电场力做功为零,则动能为:Ek=
1
2mv02.
②若电场的方向平行于AB向右,小球所受的电场力向右,小球在匀强电场中做匀加速直线运动,根据动能定理得:qEL=Ek−
1
2mv02
解得到达BD端的动能为:Ek=qEL+
1
2mv02.
③若电场的方向平行于AC向上或向下,且都能从上下边缘射出,根据动能定理得:
qE
L
2=Ek−
1
2mv02
解得动能为:Ek=
1
2qEL+
1
2mv02.
④若电场的方向平行于AC向上或向下,不能从上下边缘射出,而是从右边缘射出,在电场中的运动时间:
t=[L
v0,
则偏转位移为:y=
1/2at2=
1
2
qE
m
L2
v02],
根据动能定理得:qEy=Ek−
1
2mv02,
解得动能为:Ek=
1
2mv02+
q2E2L2
2mv02.
答:①若电场的方向平行于AB向左,动能可能为Ek=
1
2mv02−qEL,或Ek=
1
2mv02.
②若电场的方向平行于AB向右,小球所受的电场力向右,动能Ek=qEL+
1
2mv02.
③若电场的方向平行于AC向上或向下,且都能从上下边缘射出,动能Ek=
1
2qEL+
1
2mv02.
④若电场的方向平行于AC向上或向下,不能从上下边缘射出,而是从右边缘射出,动能Ek=
1
2mv02+
q2E2L2
2mv02.
点评:
本题考点: 匀强电场中电势差和电场强度的关系.
考点点评: 解决本题的关键知道当速度与合力方向平行时,做直线运动,可能加速直线,也可能做减速直线;当速度与合力垂直时,做曲线运动,故存在多种情况,要分别讨论.