Question

6．如圖所示，豎直放置的兩個平行金屬板間存在水平的勻強電場，與兩板上邊緣等高處有兩個質量相同的帶電小球（可視為質點）．現(xiàn)將P小球從緊靠左極板（但不接觸左極板）處由靜止釋放、Q小球從兩板正中央由靜止釋放，最終，兩小球都能運動到右極板上的同一個位置O，則從開始釋放到運動到右極板的過程中P小球和Q小球的（　�。�

• A． 運動時間相等
• B． 電勢能減少量之比為2：1
• C． 電荷量之比為2：1
• D． 動能增加量之比為4：1

Answer 1

分析 兩小球在勻強電場中受到電場力和重力作用，都做勻加速直線運動，運用運動的分解可知：兩小球在豎直方向都做自由落體運動，由題分析可知，小球下落高度相同，運動時間相同．兩小球水平方向都做初速度為零的勻加速直線運動，水平位移x_P=2x_Q，根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式研究電荷量之比．根據(jù)電場力做功之比，研究電勢能減小量之比．根據(jù)數(shù)學知識分析合力對兩球做功的關系，由動能定理分析動能增加量之比．

解答 解：A、兩小球在豎直方向都做自由落體運動，由題分析可知，小球下落高度相同，由公式t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$得它們運動時間相同．故A錯誤．
B、小球在水平方向都做初速度為零的勻加速直線運動，水平位移x_P=2x_Q，由x=$\frac{1}{2}$at2，分析得到加速度之比a_P：a_Q=2：1．根據(jù)牛頓第二定律得，兩球的加速度分別為a_P=$\frac{{q}_{P}E}{m}$，a_Q=$\frac{{q}_{Q}E}{m}$，則q_P：q_Q=2：1．因為電場力大小之比為2：1，在電場力方向上的位移之比為2：1，則電場力做功之比為4：1，可知電勢能減小量之比為4：1，故B錯誤，C正確．
D、電場力做功之比為4：1，重力做功相等，則合力做功不等于4：1，根據(jù)動能定理知，動能的增加量之比不等于4：1，故D錯誤．
故選：AC．

點評 本題考查電荷在復合場中運動，采用運動的分解與合成的方法研究，是常用的方法．研究動能增加量關系，也可通過求末速度之比求解，同時注意明確電場力做功與電勢能變化之間的關系，明確電場力做正功時，電勢能減小，電場力做負功時，電勢能增大．