14.如圖所示,空間有豎直方向的勻強電場,一帶正電的小球質量為m,在豎直平面內(nèi)沿與水平方向成30°角的虛線以速度v0斜向上做勻速運動.當小球經(jīng)過O點時突然將電場方向旋轉一定的角度,電場強度大小不變,小球仍沿虛線方向做直線運動,選O點電勢為零,重力加速度為g,則(  )
A.原電場方向豎直向下
B.改變后的電場方向垂直于ON
C.電場方向改變后,小球的加速度大小為g
D.電場方向改變后,小球的最大電勢能為$\frac{{{mv}_{0}}^{2}}{4}$

分析 抓住小球做勻速運動,結合平衡得出原電場方向;改變電場強度方向后,小球仍然沿虛線做直線運動,抓住合力與速度方向在同一條直線上,結合平行四邊形定則得出改變后的電場方向.根據(jù)牛頓第二定律,結合合力的大小求出小球的加速度.根據(jù)動能定理求出小球運動的最大位移,從而求出小球的最大電勢能.

解答 解:A、由題意可知,小球只受到重力與電場力,做勻速直線運動,所以它受到的合力為0,電場力與重力是一對平衡力.所以電場力的大小也是mg,方向與拉力重力的方向相反.則勻強電場的電場強度大小 E=$\frac{mg}{q}$,帶正電的小球受到的電場力的方向與電場的方向相同,所以電場的方向豎直向上.故A錯誤;
B、改變電場的方向后,電場力沿垂直于MN方向的分力必須與重力沿垂直于MN方向的分力大小相等,電場力與重力的合力的方向才能沿MN(或沿NM的方向),可知此時:qE•sinθ=mgcos30°
可知此時電場力的方向與MN之間的夾角為60°,如圖.故B錯誤;

C、電場方向改變后,小球受到的合力:F=mgsin30°+qEcosθ
又:ma=F
聯(lián)立得小球的加速度大小為:a=g,故C正確.
D、小球向上運動,當速度等于0時,電勢能最大,最大等于克服電場力做的功.設沿MN小球向上運動的最大位移為x,由動能定理得:$-qE•cosθ•x-mgxsin30°=0-\frac{1}{2}m{{v}_{0}}^{2}$,小球的最大電勢能:EPm=qEcosθ•x,
聯(lián)立得:小球的最大電勢能${E}_{p}=\frac{1}{4}m{{v}_{0}}^{2}$,故D正確.
故選:CD.

點評 本題考查了帶電小球在復合場中的運動,注意開始小球受力平衡,知道小球做直線運動時,合力方向與速度方向在同一條直線上,知道電場力做功與電勢能變化的關系.

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