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如图所示,在竖直平面内建立xOy直角坐标系,Oy表示竖直向上的方向。已知该平面内存在x负方向的区域足够大的匀强电场,现有一个带电核量为2.5×10-4c的小球从坐标原点O沿y轴正方向以0.4 kg·m/s的初动量竖直向上抛出,它到达的最高位置为图中的Q点,不计空气阻力,g取10 m/s2

(1)指出小球带何种电荷。

(2)求匀强电场的电场强度大小。

(3)求小球从O点抛出到落回x轴的过程中电势能的改变量。

答案

(1)小球带负电。

(2)小球在y方向做竖直上抛运动。在x方向做初速为零的匀加速运动,最高点Q的坐标为(1.6m,3.2m),由v02=2gy,代入数据得v0=8m/s。

由初动量p=mv0,解得m=0.05 kg

又x=at2=,y=gt2,代入数据得E=1×103N/C。

(3)上升段时间为t=0.8s,所以全过程时间为t′=2t=1.6 s,x方向发生的位移为x=6.4 m,

由于电场力做正功,所以电势能减少,设减少量为ΔE=qEx=1.6 J

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