动力学在电场中的复习策略

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所属分类:高三物理

电场中处理动力学问题的方法,与力学中相同。基本的解题步骤都是先正确受力分析,然后判断带体电合外力与初速度方向,从而知道粒子做直线还是曲线,是匀变速直线运动还是变加速直线运动,从而抓住其运动规律来解题。那么,电场中涉及动力学问题的又有哪些复习策略呢?下面无忧物理学网就这块内容做出如下建议,希望对同学们有所帮助。

弄清楚动力学的基本规律

  1. 运动规律:匀速直线运动、匀变速直线运动,匀速圆周运动平抛运动等。
  2. 动力学规律:牛顿第二定律,力的合成与分解,运动的合成与分解。
  3. 三类问题:电场中平衡问题、电场中直线运动问题、电场中偏转问题。

1、平衡问题

解题思路:正确受力分析后,根据平衡状态列方程,涉及处理方法有正交分析法和合成法。与力学的平衡思路基本一致,就是多了一个电场力而已。所以,正确判断带电体所受电场力非常关键。

注:正电荷所受电场力方向与电场强度方向一致,负电荷受电场力方向与电场强度方向相反。

经典例题

一个小球质量为m,带电量为q,用绝缘细线记在o点,小球静止时 细线与水平方向的夹角为θ,求所加匀强电场的最小值和方向。

动力学在电场中的复习策略

解析:首先进行受力分析,易知小球受电场力、重力和拉力作用,典型的三力平衡问题。要保证电场强度最小即电场力最小,根据平行四边形定则知,必须出现电场力方向与拉力方向垂直。故有:

Sinθ=qE/mg

因此

E=mgsinθ/q

2、电场中直线运动问题

电场中直线运动包括匀速直线运动、匀变速直线运动。从受力角度来说,如果带电体在匀强电场中只受电场力,那么做匀加速直线运动,此时电场属于加速电场。当然,带电体还会受到重力或者其他力,此时的运动性质必须根据受力及速度的方向来判断。

经典例题

如图所示,质量为m、电荷量为q的小球在电场强度为E的匀强电场中,以初速度v0沿直线ON做匀变速运动,直线ON与水平面的夹角为30°,若小球在初始位置的电势能为零,重力加速度为g,且mgqE,则下面说法中正确的是( )

动力学在电场中的复习策略

A.电场方向竖直向上

B.小球运动的加速度大小为g

C.小球最大高度为0

D.小球电势能的最大值为0

解析:因为小球做匀变速直线运动,则小球所受的合力与速度方向在同一条直线上,结合平行四边形定则知,电场力的方向与水平方向夹角为30°,斜向上.如图所示.A错误;

动力学在电场中的复习策略

根据平行四边形定则知,小球所受的重力和电场力相等,两个力的夹角为120°,所以合力大小与分力大小相等,等于mg,根据牛顿第二定律知,小球的加速度为g.B正确;

小球斜向上做匀减速直线行动,匀减速直线运动的位移x00,则小球上升的最大高度hx/20,故C错误;

在整个过程中电场力做功:

动力学在电场中的复习策略

电势能增加量为:

动力学在电场中的复习策略

所以小球电势能的最大值为:

动力学在电场中的复习策略

D错误。

3、电场中偏转问题(类平抛运动)

这是高中物理备考中的重点,也是高考物理考查热点。熟悉掌握类平抛运动的规律非常关键,与力学的平抛区别在于加速度a=qE/m而不再是重力加速度g了,这是非常关键的一步。

经典例题

如图示,不计重力的带正电粒子在电容器中,由正极板静止释放.电容器两极板电势差为U,带电粒子电量为q,质量为m,粒子从右极板中心小孔射出后,垂直进入竖直向下的匀强电场,电场所在区域水平宽度为L,粒子穿出电场时速度方向与竖直方向夹角为30°,求:

(1)带电粒子射出电容器的速度;

(2)带电粒子在竖直向下的匀强电场中运动的时间;

(3)竖直向下的匀强电场的电场强度大小.

动力学在电场中的复习策略

解析:(1) 带电粒子在电容器中加速,出电容器时速度为V,此过程只有电场力做功,由动能定理:

动力学在电场中的复习策略

(2)带电粒子垂直进入匀强电场做类平抛运动,水平方向:x=L=vt,则:

动力学在电场中的复习策略

(3)竖直方向上,有:

动力学在电场中的复习策略

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