Question

4．如圖所示，光滑絕緣細(xì)管與水平面成30°角，在管的右上方P點(diǎn)固定一個(gè)點(diǎn)電荷+Q，P點(diǎn)與細(xì)管在同一豎直平面內(nèi)，管的頂端A與P點(diǎn)連線水平，圖中PB垂直AC，B是AC的中點(diǎn)．帶電荷量為-q的小球（小球直徑略小于細(xì)管的內(nèi)徑）從管中A處由靜止開始沿管向下運(yùn)動(dòng)，它在A處時(shí)的加速度為a，不考慮小球電荷量對(duì)+Q形成的電場(chǎng)的影響．則在電場(chǎng)中（　　）

• A． A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)的電勢(shì)
• B． B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小是A點(diǎn)的2倍
• C． 小球運(yùn)動(dòng)到C處的加速度為g-a
• D． 小球從A到C的過程中電勢(shì)能先減小后增大

Answer 1

分析 由正點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的分布，結(jié)合沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，即可分析電勢(shì)的高低；
根據(jù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的公式，分析場(chǎng)強(qiáng)關(guān)系；
由牛頓第二定律，結(jié)合庫侖定律，即可求解C處的加速度；
根據(jù)電場(chǎng)力做功的正負(fù)來確定電勢(shì)能如何變化．

解答 解：A、正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線呈發(fā)散型，由于沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，因此A點(diǎn)的電勢(shì)低于B點(diǎn)的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤；
B、結(jié)合幾何關(guān)系：PA=2PB，由點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=k$\frac{Q}{{r}^{2}}$，可知，B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小是A點(diǎn)的4倍，故B錯(cuò)誤；
C、在A處時(shí)小球的加速度為a，對(duì)A點(diǎn)受力分析，電場(chǎng)力、重力與支持力，由力的合成法則可知，合外力由重力與電場(chǎng)力沿著細(xì)管方向的分力之和提供的；當(dāng)在C處時(shí)，小球仍受到重力、電場(chǎng)力與支持力，合外力是由重力與電場(chǎng)力沿著細(xì)管方向的分力之差提供的，
由A處可知，F(xiàn)cos30°+mgsin30°=ma；
而在C處，則有：mgsin30°-Fcos30°=ma′，解得：a′=g-a．故C正確；
D、根據(jù)電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減��；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，可知：小球帶負(fù)電，從A到C的過程中，電場(chǎng)力先做正功，后做負(fù)功，則電勢(shì)能先減小后增大，故D正確．
故選：CD．

點(diǎn)評(píng) 此題要求同學(xué)們掌握點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度公式，掌握矢量的合成法則，注意電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系，理解牛頓第二定律與力的平行四邊形定則的綜合應(yīng)用．