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  • 在空間某一勻強(qiáng)電場中,將一質(zhì)量為m,電荷量為q的小球由靜止釋放,帶電小球的運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線,該直線與豎直方向成銳角θ,電場強(qiáng)度大小為E.則下列說法中正確的是( ?。?A.由于小

    在空間某一勻強(qiáng)電場中,將一質(zhì)量為m,電荷量為q的小球由靜止釋放,帶電小球的運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線,該直線與豎直方向成銳角θ,電場強(qiáng)度大小為E.則下列說法中正確的是( ?。?br/>A. 由于小球所受的電場力和重力做功均與路徑無關(guān),故小球的機(jī)械能守恒
    B. 若E=
    mgsinθ
    q
    ,則小球的電勢能不變,機(jī)械能守恒
    C. 若θ<
    π
    4
    且E=
    mgtanθ
    q
    ,則小球的動(dòng)能必增大,電勢能可能增大
    D. 若θ>
    π
    4
    且E=
    mgtanθ
    q
    ,則小球的動(dòng)能必增大,電勢能可能增大
    物理人氣:585 ℃時(shí)間:2019-10-18 08:17:18
    優(yōu)質(zhì)解答
    A、小球機(jī)械能守恒的條件是只有重力或彈力做功,本題中電場力對小球做功,故小球機(jī)械能不守恒,故A錯(cuò)誤;
    B、對小球進(jìn)行受力分析有:

    當(dāng)E=
    mgsinθ
    q
    ,時(shí)電場力F=qE=mgsinθ,如圖可知,重力在垂直軌道方向的最小分力就是mgsinθ,故要使粒子沿直線運(yùn)動(dòng),則電場力必與軌跡垂直,此過程中小球雖受電場力作用,但電場力不做功,小球滿足機(jī)械能守恒,故B正確;
    C、D、對小球進(jìn)行受力分析有當(dāng)電場E=
    mgtanθ
    q
    ,時(shí)電荷受電場力F=qE=mgtanθ,如圖:

    重力在垂直軌道方向的最小分力就是mgsinθ,而電場力大小為mgtanθ在垂直軌跡方向的分力必與重力的分力平衡,令此時(shí)電場力與軌跡成α角,粒子沿θ的直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有:
    mgsinθ=Fsinα,代入E的大小有:mgsinθ=mgtanθsinα即:sinα=
    sinθ
    tanθ
    =cosθ

    因?yàn)棣葹殇J角,在sinα=cosθ成立的條件下α可以是銳角也可以是鈍角,如果是銳角,在粒子運(yùn)動(dòng)過程中電場力做正功、重力做正功,粒子動(dòng)能肯定增加,電勢能減小,若α為鈍角時(shí),電場力對粒子做負(fù)功,粒子電勢能增加,此時(shí)垂直軌跡方向有mgsinθ=mgtanθsinα,當(dāng)θ<
    π
    4
    ,tanθ<1,所以有sinα>sinθ,根據(jù)三角函數(shù)知,此時(shí)|cosα|<cosθ故mgcosθ>mgtanθ|cosα|,重力沿軌跡向下的分力大于電場力沿軌跡向上的力,故合力對粒子做正功,粒子動(dòng)能變大.同理若θ>
    π
    4
    ,tanθ>1,所以有sinα<sinθ,由三角函數(shù)知|cosα|>cosθ,故此時(shí)電場力和重力的合力沿軌跡向上,電場力做正功,電勢能減小.故由此分析知C正確,D錯(cuò)誤.
    故選:BC.
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