Question

（共18分）如图所示，一个质量为m，带电量为+q的微粒，从a点以大小为v₀的初速度竖直向上射入水平方向的匀强电场中。微粒通过最高点b时的速度大小为2v₀方向水平向右。求：
（1）该匀强电场的场强大小E；
（2）a、b两点间的电势差U_ab；
（3）该微粒从a点到b点过程中速率的最小值v_min。

Answer 1

（1）
（2）
（3）

（1）分析：沿竖直方向和方向建立直角坐标，带电微粒受到重力及电场力作用，两力分别沿竖直方向和水平方向，将物体的运动分解为竖直方向和水平方向的两个分运动：

在竖直方向物体做匀减速运动，加速度，
水平方向物体做匀加速运动，初速度为0，加速度
b点是最高点，竖直分速度为0，有：。
水平方向有：联立两式得：
（2）水平位移：   ab两点间的电势差：
（3）设重力与电场力的合力为F，其与水平方向的夹角为，
则：
如图所示，开始一段时间内，F与速度方向夹角大于90°，合力做负功，动能减小，后来F与速度夹角小于90°，合力做正功，动能增加，因此，当F与速度v的方向垂直时，小球的动能最小，速度也最小，设为。
即：


联立以上三式得：
所以最小速度：