Question

（2005?福建模擬）如圖為光滑絕緣水平的直線軌道，在軌道的豎直平面內(nèi)加一個(gè)斜向上方的勻強(qiáng)電場(chǎng)．有一質(zhì)量為1.0×10^-2kg、帶電量為+2.0×10^-4C的可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊，從軌道上的A點(diǎn)無(wú)初速度釋放，沿軌道運(yùn)動(dòng)0.40m到達(dá)軌道上的B點(diǎn)，此時(shí)的速度為2.0m/s．（g取10m/s²）求：
（1）A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U_AB
（2）場(chǎng)強(qiáng)的水平分量E_x；
（3）場(chǎng)強(qiáng)的豎直分量最大值E_ym．

Answer 1

分析：（1）A到B過(guò)程中只有電場(chǎng)力做功，引起動(dòng)能的改變，可運(yùn)用動(dòng)能定理求解電勢(shì)差U_AB．
（2）場(chǎng)強(qiáng)的水平分量為E_x，則有 U_AB=E?s，即可求得E_x．
（3）場(chǎng)強(qiáng)的豎直分量越大，物塊所受的電場(chǎng)力豎直向上的分力越大，物塊越容易離開軌道，所以物塊不離開軌道必須滿足：qE_y≤mg，從而求解場(chǎng)強(qiáng)的豎直分量最大值E_ym．

解答：解：（1）A到B過(guò)程中只有電場(chǎng)力做功，根據(jù)動(dòng)能定理得：qU_AB=

1

2

m

v

2 B

解得：U_AB=

m v 2 B

2q

=

1×10-2×22

2×2×10-4

V=1.0×10²V
（2）設(shè)場(chǎng)強(qiáng)的水平分量為E，則有：U_AB=E_x?s
E_x=

UAB

s

=

1×102

0.4

V/m=2.5×l0²V/m
（3）設(shè)場(chǎng)強(qiáng)的豎直分量為B，物塊不離開軌道必須滿足：qE_y≤mg
得：E_y≤

mg

q

=

1×10-2×10

2×10-4

V/m=5.0×l0²V/m
故場(chǎng)強(qiáng)的豎直分量最大值為：E_ym=5.0×l0²V/m
答：（1）A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U_AB是1.0×10²V．
（2）場(chǎng)強(qiáng)的水平分量E_x是2.5×l0²V/m．
（3）場(chǎng)強(qiáng)的豎直分量最大值E_ym是5.0×l0²V/m．

點(diǎn)評(píng)：解答本題關(guān)鍵是運(yùn)用正交分解法，分別研究水平和豎直方向的場(chǎng)強(qiáng)，同時(shí)要掌握?qǐng)鰪?qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系公式，難度適中．