Question

5．一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為+q的小球以初速度v₀水平拋出，在小球經(jīng)過(guò)的豎直平面內(nèi)，存在著若干個(gè)如圖所示的無(wú)電場(chǎng)區(qū)和有理想上下邊界的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，兩區(qū)域相互間隔、豎直高度相等，電場(chǎng)區(qū)水平方向無(wú)限長(zhǎng)．已知每一電場(chǎng)區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向豎直向上，不計(jì)空氣阻力，下列說(shuō)法正確的是（　�。�

• A． 小球在一豎直方向上一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)
• B． 若場(chǎng)強(qiáng)大小等于$\frac{mg}{q}$，則小球經(jīng)過(guò)每一電場(chǎng)區(qū)的時(shí)間均相同
• C． 場(chǎng)強(qiáng)大小等于$\frac{2mg}{q}$，則小球經(jīng)過(guò)每一無(wú)電場(chǎng)區(qū)的時(shí)間均相同
• D． 無(wú)論場(chǎng)強(qiáng)大小如何，小球通過(guò)所有無(wú)電場(chǎng)區(qū)的時(shí)間均不相同

Answer 1

分析 將小球的運(yùn)動(dòng)沿著水平方向和豎直方向正交分解，其水平方向不受外力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向在無(wú)電場(chǎng)區(qū)做勻加速運(yùn)動(dòng)，有電場(chǎng)區(qū)也做勻變速運(yùn)動(dòng)，但加速度不同，運(yùn)用速度時(shí)間關(guān)系公式分析，可以得到小球在豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．

解答 解：A、將小球的運(yùn)動(dòng)沿著水平方向和豎直方向正交分解，水平方向不受外力，以v₀做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向上，在無(wú)電場(chǎng)區(qū)，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在有電場(chǎng)區(qū)，所做的運(yùn)動(dòng)取決于所受電場(chǎng)力和重力的關(guān)系，故A錯(cuò)誤．
B、豎直方向，在無(wú)電場(chǎng)區(qū)只受重力，加速度為g，豎直向下，有電場(chǎng)區(qū)除重力外，還受到向上的恒定的電場(chǎng)力作用，加速度的大小和方向取決于合力的大小和方向
當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度等于$\frac{mg}{q}$時(shí)，電場(chǎng)力等于mg，故在電場(chǎng)區(qū)小球所受的合力為零，在無(wú)電場(chǎng)區(qū)小球勻加速運(yùn)動(dòng)，故經(jīng)過(guò)每個(gè)電場(chǎng)區(qū)，小球的速度均不等，因而小球經(jīng)過(guò)每一無(wú)電場(chǎng)區(qū)的時(shí)間均不相等，故B錯(cuò)誤；
C、當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度等于$\frac{2mg}{q}$時(shí)，電場(chǎng)力等于2mg，故在電場(chǎng)區(qū)小球所受的合力大小等于mg，方向豎直向上，加速度大小等于g，方向豎直向上，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，有
經(jīng)過(guò)第一個(gè)無(wú)電場(chǎng)區(qū)y=$\frac{1}{2}g{{t}_{1}}^{2}$
v₁=gt₁
經(jīng)過(guò)第一個(gè)電場(chǎng)區(qū)
y=v₁t-$\frac{1}{2}g{{t}_{2}}^{2}$
v₂=v₁-gt²
聯(lián)立解得
t₁=t₂
v₂=0
接下來(lái)小球的運(yùn)動(dòng)重復(fù)前面的過(guò)程，即每次通過(guò)無(wú)電場(chǎng)區(qū)都是自由落體運(yùn)動(dòng)，每次通過(guò)電場(chǎng)區(qū)都是末速度為零勻減速直線運(yùn)動(dòng)
故C正確；
D、通過(guò)前面的分析可知，物體通過(guò)每個(gè)無(wú)電場(chǎng)區(qū)的初速度不一定相同，所以，通過(guò)電場(chǎng)的時(shí)間不同；故D錯(cuò)誤；
故選：C．

點(diǎn)評(píng) 本題將小球的運(yùn)動(dòng)沿水平方向和豎直方向正交分解后，對(duì)于豎直方向的運(yùn)動(dòng)，關(guān)鍵是找出小球的運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律，然后分析計(jì)算．