做功与路径无关的力场叫做“势场”,例如引力场和电场。在这类场中可以引入“场强”和“势能”的概念来分别描述势场中力和能的性质。可以类比电场强度的定义,将质点放在引力场中所受到的引力与质量的比值定义为引力场的场强。
如图甲所示为某势场的场强
E的大小随
x的分布,图中
E0为已知量。在该势场中,一个质点仅在场力作用下,以
x = 0为中心,沿
x轴做周期性运动。已知质点的质量为
m,受到的场力可表示为
F =
kE(
k为常量),场力方向平行于
x轴。取
x = 0点为
O点。


(1)请从力和加速度的角度,分析说明质点在

区域和

区域的运动性质;
(2)功是能量转化的量度,场力做功引起势能的变化。取
O点为零势能点。
a.请推导出势能
Ep与
x的关系式,并在图乙中画出势能
Ep随
x变化的示意图。
b.已知质点的总能量为
A,求质点与
O点间距离为
x0(
x0在运动区间内)时,质点的动能
Ek。