帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題-wenkub
2023-04-09 01:10:51 本頁(yè)面
【正文】 和重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)將重力與電場(chǎng)力進(jìn)行合成，如圖4所示，則F合為等效重力場(chǎng)中的“重力”，g′＝為等效重力場(chǎng)中的“等效重力加速度”，F(xiàn)合的方向等效為“重力”的方向，即在等效重力場(chǎng)中的豎直向下方向.圖4在“等效力場(chǎng)”中做圓周運(yùn)動(dòng)的小球，而這里的最高點(diǎn)不一定是幾何最高點(diǎn)，(稱為臨界速度)的點(diǎn).例2 如圖5所示，半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套有一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的珠子，現(xiàn)在圓環(huán)平面內(nèi)加一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，使珠子由最高點(diǎn)A從靜止開(kāi)始釋放(AC、BD為圓環(huán)的兩條互相垂直的直徑)，要使珠子沿圓弧經(jīng)過(guò)B、C剛好能運(yùn)動(dòng)到D.(重力加速度為g)圖5(1)求所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)最小值及所對(duì)應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)的方向；(2)當(dāng)所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為最小值時(shí)，求珠子由A到達(dá)D的過(guò)程中速度最大時(shí)對(duì)環(huán)的作用力大??；(3)在(1)問(wèn)電場(chǎng)中，要使珠子能完成完整的圓周運(yùn)動(dòng)，在A點(diǎn)至少應(yīng)使它具有多大的初動(dòng)能？答案 見(jiàn)解析解析 (1)根據(jù)題述，珠子運(yùn)動(dòng)到BC弧中點(diǎn)M時(shí)速度最大，作過(guò)M點(diǎn)的直徑MN，設(shè)電場(chǎng)力與重力的合力為F，則其方向沿NM方向，分析珠子在M點(diǎn)的受力情況，由圖可知，當(dāng)F電垂直于F時(shí)，F(xiàn)電最小，最小值為：F電min＝mgcos 45176。專題強(qiáng)化八 帶電粒子(帶電體)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題專題解讀 (帶電體)在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)的綜合運(yùn)用，高考常以計(jì)算題出現(xiàn).，可以加深對(duì)動(dòng)力學(xué)和能量知識(shí)的理解，能靈活應(yīng)用受力分析、運(yùn)動(dòng)分析特別是曲線運(yùn)動(dòng)(平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng))的方法與技巧，熟練應(yīng)用能量觀點(diǎn)解題.：受力分析、運(yùn)動(dòng)分析、能量觀點(diǎn).一、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)：先分析受力情況，再分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程(平衡、加速或減速，軌跡是直線還是曲線)，然后選用恰當(dāng)?shù)牧W(xué)規(guī)律如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、動(dòng)能定理、能量守恒定律解題.：在討論帶電粒子或其他帶電體的靜止與運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，重力是否要考慮，除明顯暗示外，帶電小球、液滴的重力不能忽略，電子、質(zhì)子等帶電粒子的重力可以忽略，一般可根據(jù)微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷是否考慮重力作用.二、用能量觀點(diǎn)處理帶電體的運(yùn)動(dòng)對(duì)于受變力作用的帶電體的運(yùn)動(dòng)，：思維順序一般為：(1)弄清研究對(duì)象，明確所研究的物理過(guò)程.(2)分析物體在所研究過(guò)程中的受力情況，弄清哪些力做功，做正功還是負(fù)功.(3)弄清所研究過(guò)程的始、末狀態(tài)(主要指動(dòng)能).(4)根據(jù)W＝ΔEk列出方程求解.列式的方法常有兩種：(1)利用初、末狀態(tài)的能量相等(即E1＝E2)列方程.(2)利用某些能量的減少等于另一些能量的增加(即ΔE＝ΔE′)列方程.(1)若帶電粒子只在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能和電勢(shì)能之和保持不變.(2)若帶電粒子只在重力和電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)，其機(jī)械能和電勢(shì)能之和保持不變.命題點(diǎn)一 帶電粒子在交變電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)常見(jiàn)的產(chǎn)生交變電場(chǎng)的電壓波形有方形波、鋸齒波、正弦波等.(1)粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)(一般用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解).(2)粒子做往返運(yùn)動(dòng)(一般分段研究).(3)粒子做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(一般根據(jù)交變電場(chǎng)特點(diǎn)分段研究).(1)注重全面分析(分析受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律)：抓住粒子的運(yùn)動(dòng)具有周期性和在空間上具有對(duì)稱性的特征，求解粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度、位移、做功或確定與物理過(guò)程相關(guān)的邊界條件.(2)從兩條思路出發(fā)：一是力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析；二是功能關(guān)系.(3)注意對(duì)稱性和周期性變化關(guān)系的應(yīng)用.例1 如圖1(a)所示，兩平行正對(duì)的金屬板A、B間加有如圖(b)所示的交變電壓，粒子會(huì)時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，( )圖1＜t0＜ B.＜t0＜C.＜t0＜T ＜t0＜答案 B解析 設(shè)粒子的速度方向、粒子的速度方向時(shí)而為正，時(shí)而為負(fù)，最終打在A板上時(shí)位移為負(fù)，＝0、時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)的v－t圖象，－t圖線與時(shí)間軸所圍面積表示粒子通過(guò)的位移，則由圖象知，0＜t0＜與＜t0＜T時(shí)粒子在一個(gè)周期內(nèi)的總位移大于零，＜t0＜時(shí)粒子在一個(gè)周期內(nèi)的總位移小于零；t0＞，則要求粒子在每個(gè)周期內(nèi)的總位移應(yīng)小于零，對(duì)照各
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