选择题3.0分
物理

14.如图所示,一个内壁光滑的绝缘细直管竖直放置.在管子的底部固定一电荷量为QQ>0)的点电荷.在距底部点电荷为距离h2的管口A处,有一电荷量为qq>0)、质量为m的点电荷由静止释放,在距离底部点电荷为h1的B处速度恰好为零.现让一个电荷量也为qq>0)、质量为3m的点电荷仍在A处由静止释放,已知静电力常量为k,重力加速度为g,则该点电荷(    )

A

运动到B处的速度为零

B

在下落过程中加速度逐渐减小

C

运动到B处的速度大小为

D

速度最大处与底部点电荷距离为

正确答案及相关解析

正确答案

C

解析

m下落的过程中,开始阶段重力大于库仑力,m做速度增大加速度减小的加速运动;当重力和库仑力相等时,加速度为零,此后由于惯性,m继续下落,库仑力大于重力,做加速度增加,速度减小的减速运动,直至到B点时,速度减为零,但此时m所受合外力竖直向上,m不可能静止,将沿管子返回顶端,由于没有能量的损失,所以仍然会回到初始高度处。当改变电荷的质量为3m时,重力做功大于质量为m时做功,所以再次运动到B点时,速度不为零,仍将下落一段高度才减速到零,A、B选项错误,当质量为m时,对物体由动能定理可知:mg(h2-h1)-W=0。改变质量后,从开始释放到B点的过程中,由动能定理有3mg(h2-h1)-W=mv2-0,解得v=,C选项正确。而速度最大处经分析可知为重力与库仑力相等的位置,所以有3mg=,解得d=,D选项错误。

考查方向

牛顿运动定律、库仑定律、运动学、电场力做功、电势能。

解题思路

对m受力分析,下落的过程中受到的库仑力逐渐增大,直至运动到B位置速度减为零,结合牛顿第二定律即可。

易错点

库仑力是变力,点电荷在下落的过程中做加速度增大的减速运动。

知识点

动能定理的应用 库仑定律