带电粒子在电场中受到电场力作用,还可能受到其他力的作用,如重力、弹力、摩擦力等,在诸多力的作用下物体所受合力可能不为零,做匀变速运动或变速运动;处理这类问题,首先对物体进行受力分析,再明确其运动状态,最后根据其所受的合力和所处的状态,合理地选择牛顿第二定律、运动学公式、平抛运动知识、圆周运动知识等相应的规律解题.
在真空中存在空间范围足够大、水平向右的匀强电场.若将一个质量为m、带正电且电荷量为q的小球在此电场中由静止释放,小球将沿与竖直方向夹角为37°的直线运动.现将该小球从电场中某点以初速度v0竖直向上抛出,求此运动过程中(取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
(1)小球受到的电场力的大小及方向;
(2)小球运动的抛出点至最高点之间的电势差U.
[解析] (1)根据题设条件,电场力大小
F电=mgtan 37°=mg
电场力的方向水平向右.
(2)小球沿竖直方向做初速度为v0的匀减速运动,到最高点的时间为t,则:vy=v0-gt=0,t=
沿水平方向做初速度为0的匀加速运动,加速度为
ax==g
此过程小球沿电场方向的位移为:
x=axt2=
小球上升到最高点的过程中,电场力做功为:
W=qU=F电x=mv
解得U=.
[答案] (1)mg 水平向右 (2)
(1)匀变速直线运动:用牛顿第二定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等.
(2)匀变速曲线运动:将曲线运动分解为两个互相正交的比较简单的运动.