(2)因为油滴最后可能做反向的匀加速直线运动,因此我们不能确定B点的位置究竟在A点上方还是A点下方,故需要分为两种情况讨论。对其中每一种情况,根据运动学公式列出方程,并与竖直上抛的方程进行联立,即可分别求得两种情况下的场强E2的大小;而根据题意,为求出t1与v0满足的条件,只需要使E2>E1即可,那么就可以最终求得t1与v0间的关系式。
【解答】解:(1)方法一:
设油滴质量为m,带电荷量为q,增大后的电场强度为E2,根据题中条件可以判断电场力与重力方向相反;
对于匀速运动阶段,有qE1=mg…①
对于场强突然增大后的第一段t1时间,由牛顿第二定律得:qE2﹣mg=ma1…②
对于场强第二段t1时间,由牛顿第二定律得:qE2+mg=ma2 …③
由运动学公式,可得油滴在电场反向时的速度为:v1=v0+a1t1④
油滴在B的速度为:vB=v1﹣a2t1⑤
联立①至⑤式,可得:vB=v0﹣2gt1;方向向上;
方法二:
选向上为正方向,由动量定理有:﹣mg×2t+qE1t﹣qE1t=mv﹣mv0
解得:vB=v0﹣2gt1;方向向上;
(2)设无电场时竖直上抛的最大高度为h,由运动学公式,有:v02=2gh…⑥
根据位移时间关系可得:v0t1+…⑦
v1t1﹣…⑧
油滴运动有两种情况:
情况一:
位移之和x1+x2=⑨
联立①、②、③、⑥、⑦、⑧、⑨可得:
E2=E1+
由题意得E2>E1,即满足条件,即当或才是可能的;
情况二:
位移之和x1+x2=﹣ ⑩
联立①、②、③、⑥、⑦、⑧、⑩可得:
E2=E1+
由题意得E2>E1,即满足条件,即,另一解为负,不合题意,舍去。
答:
(1)油滴运动到B点时的速度为v0﹣2gt1;
(2)增大后的电场强度的大小为E1+,t1和v0应满足的条件为或;
或E1+;相应的t1和v0应满足的条件为。
【点评】有关带电粒子在匀强电场中的运动,可以从两条线索展开:其一,力和运动的关系。根据带电粒子受力情况,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度和位移等;其二,功和能的关系。根据电场力对带电粒子做功,引起带电粒子的能量发生变化,利用动能定理进行解答。
(二)选考题:共15分。请考生从2道物理题中任选一题作答。如果多做,则按所做的第一题计分。[物理--选修3-3]
13.(5分)氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是()
A.图中两条曲线下面积相等
B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C.图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形
D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E.与0℃时相比,100℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
【考点】88:分子运动速率的统计分布规律;89:温度是分子平均动能的标志