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题目:一个带电粒子在匀强电场中运动,其运动轨迹为一条曲线。已知粒子的初速度和电场力,如何求出该粒子的电势能和动能随时间的变化规律?
解答:
1. 根据粒子在电场中的运动轨迹,可以确定电场力的方向与初速度方向存在夹角。
2. 根据动能定理,粒子在电场中受到的电场力和重力做功,可以求出粒子的动能随时间的变化规律。
3. 由于粒子在电场中受到的电场力未知,无法直接求出粒子的电势能随时间的变化规律。
4. 根据能量守恒定律,粒子的总能量(动能和电势能之和)是恒定的。因此,可以求出粒子的总能量随时间的变化规律。
5. 根据总能量和粒子速度的关系,可以求出粒子的动能随时间的变化规律。
综上所述,粒子的动能随时间的变化规律为:$\frac{1}{2}mv^{2} = E_{k0} + qU$,其中E_{k0}为粒子初动能,q为粒子带电量,U为电势差。因此,粒子的总能量随时间的变化规律为:$E_{k} = E_{k0} + qU = E_{k0} + q\frac{1}{2}mv^{2}$。根据粒子速度与时间的关系,可以求出粒子的动能随时间的变化规律。
希望这个例子能够帮助你理解高二物理选修3-1的相关知识。