(2009?安徽)如圖所示,勻強(qiáng)電場方向沿x軸的正方向,場強(qiáng)為E.在A(d,0)點(diǎn)有一個靜止的中性微粒,由于內(nèi)部作用,某一時刻突然分裂成兩個質(zhì)量均為m的帶電微粒,其中電荷量為q的微粒1沿y軸負(fù)方向運(yùn)動,經(jīng)過一段時間到達(dá)(0,-d)點(diǎn).不計重力和分裂后兩微粒間的作用.試求
(1)分裂時兩個微粒各自的速度;
(2)當(dāng)微粒1到達(dá)(0,-d)點(diǎn)時,電場力對微粒1做功的瞬間功率;
(3)當(dāng)微粒1到達(dá)(0,-d)點(diǎn)時,兩微粒間的距離.
分析:(1)微粒1做的是類平拋運(yùn)動,根據(jù)類平拋運(yùn)動的規(guī)律可以求得微粒1的速度的大小,再由動量守恒求得微粒2的速度的大小;
(2)電場力做功的瞬時功率,要用沿電場力方向的瞬時速度的大小,再由P=Fv可以求得瞬時功率的大小;
(3)畫出粒子的運(yùn)動軌跡,由幾何知識可以求得兩微粒間的距離.
解答:解:(1)微粒1在y方向不受力,做勻速直線運(yùn)動;在x方向由于受恒定的電場力,做勻加速直線運(yùn)動.所以微粒1做的是類平拋運(yùn)動.
設(shè)微粒1分裂時的速度為v1,微粒2的速度為v2則有:
在y方向上有
  d=v1t
在x方向上有a=
qE
m
,
  d=
1
2
at2
 v1=
qEd
2m

速度方向沿y軸的負(fù)方向.
中性微粒分裂成兩微粒時,遵守動量守恒定律,有
 mv1+mv2=0
所以 v2=-v1
所以 v2的大小為 
qEd
2m
,方向沿y正方向.
(2)設(shè)微粒1到達(dá)(0,-d)點(diǎn)時的速度為VB,則電場力做功的瞬時功率為,
P=qEVB cosθ=qEVBx,
其中由運(yùn)動學(xué)公式 VBx=
2ad
=
2qEd
m
,
所以 P=qE
2qEd
m

(3)兩微粒的運(yùn)動具有對稱性,如圖所示,當(dāng)微粒1到達(dá)(0,-d)點(diǎn)時發(fā)生的位移
 S1=
2
d,
則當(dāng)微粒1到達(dá)(0,-d)點(diǎn)時,兩微粒間的距離為BC=2S1=2
2
d.
答:(1)分裂時微粒1的速度大小為
qEd
2m
,方向沿著y軸的負(fù)方向;微粒2的速度大小為
qEd
2m
,方向沿著y軸的正方向;
(2)當(dāng)微粒1到達(dá)(0,-d)點(diǎn)時,電場力對微粒1做功的瞬間功率是 qE
2qEd
m
;
(3)當(dāng)微粒1到達(dá)(0,-d)點(diǎn)時,兩微粒間的距離是2
2
d.
點(diǎn)評:帶電微粒在電場中運(yùn)動,一般不考慮重力的作用,只是受到電場力的作用,再進(jìn)一步判斷微粒的運(yùn)動情況,本題中微粒做類平拋運(yùn)動,由類平拋運(yùn)動的規(guī)律就可以求得速度,在計算功率時一定要注意求的是瞬時功率,注意公式的選擇.
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(4)分析W-v圖象.如果W-v圖象是一條直線,表明∝v;如果不是直線,可考慮是否存在W∝v2、W∝v3、W∝\sqrt{v}等關(guān)系.
以下關(guān)于該試驗的說法中有一項不正確,它是
D
D

A.本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、….所采用的方法是選用同樣的橡皮筋,并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致.當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行是實驗時,橡皮筋對小車做的功為W,用2條、3條、…橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…實驗時,橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W、….
B.小車運(yùn)動中會受到阻力,補(bǔ)償?shù)姆椒,可以使木板適當(dāng)傾斜.
C.某同學(xué)在一次實驗中,得到一條記錄紙帶.紙帶上打出的點(diǎn),兩端密、中間疏.出現(xiàn)這種情況的原因,可能是沒有使木板傾斜或傾角太。
D.根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn),求小車獲得的速度的方法,是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來進(jìn)行計算.

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