Question

如圖所示，以O為原點建立直角坐標系Oxy，絕緣光滑水平面沿著x軸，y軸在豎直方向。在水平面上方存在與x軸平行的勻強電場。一個質量m=2.0×10^-3kg、電量q=2.0×10^-6C的帶正電的物體（可作為質點），從O點開始以一定的初速度沿著x軸正方向做直線運動，其位移隨時間的變化規律為x=8.0t－10t²，式中x的單位為m，t的單位為s。不計空氣阻力，取g=10m/s²。
（1）求勻強電場的場強大小和方向；
（2）求帶電物體在0.8s內經過的路程；
（3）若在第0.8s末突然將勻強電場的方向變為沿y軸正方向，場強大小保持不變。求在0～1.0s內帶電物體電勢能的變化量。

Answer 1

解：（1）由其位移隨時間變化規律得加速度大小為a=20m/s²
根據牛頓第二定律Eq=ma
解得場強E=2.0×10⁴N/C，方向沿x軸負方向
（2）物體在O點的初速度v₀=8.0m/s
減速時間t₁==0.4s
所以開始0.4s內經過的路程x₁==1.6m
后0.4s物體做勻加速直線運動，經過的路程x₂==0.8m
0.8s內物體經過的路程s=x₁+x₂=3.2m
（3）第0.8s末帶電物體回到坐標原點O，之后的0.2s物體以初速度v₀做類平拋運動
在y方向，根據牛頓第二定律Eq－mg=ma′

解得物體在y方向經過的距離y₀=0.2m
電場力做功W=Eqy₀=8.0×10^-3J
所以電勢能減少8.0×10^-3J （或電勢能的變化量為△E_P=-8.0×10^-3J）