由动能定理得mgh=Ek-mv2
解得:Ek=8.0×10-4 J
答案:(1)2.0×103 N/C,方向向上 (2)8.0×10-4 J (3)8.0×10-4 J
【方法提炼】带电粒子在电场中运动问题的两种求解思路
1. 运动学与动力学观点
运动学观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题,特指在匀强场中的直线运动。
2. 功能观点:首先对带电粒子受力分析,再分析运动形式,然后根据具体情况选用公式计算。
(1)若选用动能定理,则要分清有多少个力做功,是恒力做功还是变力做功,同时要明确初、末状态及运动过程中动能的增量。
(2)若选用能量守恒定律,则要分清带电粒子在运动过程中共有多少种能量参与转化,哪些能量是增加的,哪些能量是减少的。
满分训练:微波实验是近代物理实验室中的一个重要部分。反射式速调管是一种结构简单、实用价值较高的常用微波器件之一,它是利用电子团与场相互作用在电场中发生振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类似。如图甲所示,在虚线MN两侧分布着方向平行于x轴的电场,其电势φ随x的分布可简化为如图乙所示的折线。一带电微粒从A点由静止开始,在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动。已知带电微粒质量m=1.0×10-20 kg,带电荷量q=-1.0×10-9 C,A点距虚线MN的距离d1=1.0 cm,不计带电微粒的重力,忽略相对论效应。求:
图甲 图乙
(1)B点距虚线MN的距离d2;
(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.
思路分析:(1)由图乙知虚线左右分别是匀强电场,左侧电场沿-x方向,右侧电场沿+x方向,大小分别为E1=2.0×103N/C和E2=4.0×103N/C,
带电微粒由A运动到B的过程中,由动能定理有
|q|E1d1-|q|E2d2=0 ①
解得d2=d1=0.50 cm ②
(2)设微粒在虚线MN两侧的加速度大小分别为a1、a2,由牛顿第二定律有
|q|E1=ma1 ③
|q|E2=ma2 ④
设微粒在虚线MN两侧运动的时间分别为t1、t2,由运动学公式有