Question

2．如圖所示，豎直放置的兩個平行金屬板間有勻強電場，在兩板間等高處有兩個質(zhì)量相同的帶電小球（不計兩帶電小球之間的電場影響），小球P從緊靠左極板處由靜止開始釋放，小球Q從兩極板正中央由靜止釋放，兩小球均沿直線運動打到右極板上的同一點，則從開始釋放到打到右極板的過程中（　�。�

• A． 它們的運動時間之比為t_P：t_Q=2：1
• B． 它們的電荷量之比為q_P：q_Q=2：1
• C． 它們的動能增量之比為△E_kp：△E_kQ=4：1
• D． 它們的電勢能減少量之比為△E_P：△E_Q=2：1

Answer 1

分析 兩小球在勻強電場中受到電場力和重力作用，都做勻加速直線運動，運用運動的分解可知：兩小球在豎直方向都做自由落體運動，由題分析可知，小球下落高度相同，運動時間相同．兩小球水平方向都做初速度為零的勻加速直線運動，水平位移x_P=2x_Q，根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式研究電荷量之比．根據(jù)電場力做功之比，研究電勢能減小量之比．根據(jù)數(shù)學知識分析合力對兩球做功的關(guān)系，由動能定理分析動能增加量之比．

解答 解：A、兩小球在豎直方向都做自由落體運動，由題分析可知，小球下落高度相同，由公式t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$得，它們運動時間相同．故A錯誤．
  B、小球在水平方向都做初速度為零的勻加速直線運動，水平位移x_P=2x_Q，由x=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$分析得到加速度之比a_P：a_Q=2：1．根據(jù)牛頓第二定律得，兩球的加速度分別為a_P=$\frac{{q}_{p}E}{m}$，a_Q=$\frac{{q}_{Q}E}{m}$，則q_P：q_Q=2：1．故B正確．
C、電場力做功分別為W_P=q_QEx_Q，W_Q=q_PEx_P，由于q_P：q_Q=2：1，x_P：x_Q=2：1，得到W_P：W_Q=4：1，故電勢能的減小量為△E_P：△E_Q=4：1；而重力做功相同，則合力做功之比 $\frac{{W}_{合P}}{{W}_{合Q}}=\frac{{W}_{G}+4{W}_{Q}}{{W}_{Q}+{W}_{Q}}＜4$，則動能增加量之比△E_kP：△E_kQ＜4．故CD錯誤．
故選：B．

點評 本題電荷在復合場中運動，采用運動的分解與合成的方法研究，是常用的方法．研究動能增加量關(guān)系，也可通過求末速度之比求解．