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在光滑的水平面上有一质量为m=1×10―3kg,电荷量为q=1×10―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xoy。现突然加一沿x轴正向、场强大小E=2×106V/m的匀强电场,使小球开始运动,经过1s,所加电场方向突然变为y轴正向,场强大小仍为E=2×106V/m的匀强电场,再经过1s,所加电场又变成另一电场,使小球在此电场力作用下经1s速度变为零,求此电场力的大小和方向及速度变为零的位置。

答案

解:在第1s内,小球受到的重力和水平面的支持力是一对平衡力,另受+x方向的电场力,由牛顿第二运动定律得Eq=ma a1 =Eq/m=2×106×1010/1×103=0.2m/s2,v1=a1t=0.2×1=0.2m/sx1=a1t2/2=0.2×12/2=0.1m;所以第1s末小球位于(0.1m,0)处,向+x方向速度为0.2m/s。 (3分)(2)第2s内,小球受到+y方向的电场力,与初速度方向垂直,所以类平抛运动,由于电场强度大小不变,所以加速度a2=0.2m/s2,水平方向:匀速直线运动,有x2=v1t=0.2×1=0.2m 竖直方向:匀加速直线运动,有y2=a2t2/2=0.2×12/2=0.1m vy= a2t=0.2×1=0.2m/s所以第2s末小球位于坐标(0.3m,0.1m)处,速度大小为v2=√v12+vy2=√0.22+0.22=2√0.2m/s,方向与+x方向成450斜向右上方。 (3分)(3)第3s内,小球在水平面内只受电场力,所以做匀减速直线运动,电场力方向与v2方向相反,由动量定理E`q・t=mv2代入数据得E`=2√2×106V/m,方向与―x轴方向成450斜向左下方。由动能定理E`q・s3=mv22/2 代入数据得s3=√2 m把s3向水平和竖直方向分解得 x3=1m,y3=1m,所以第3s末小球位于坐标(0.4m,0.2m)处。 (3分)

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