高中物理新教材必修三第10章专题强化6带电粒子在重力场与电场中的运动.pdf

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带电粒子在重力场与电场中的运动

[学习目标]1.会应用运动和力、功和能的关系分析带电粒子在复合场中的直线运动问题.

2.会应用运动和力、功和能的关系分析带电粒子在复合场中的类平抛运动问题和圆周运动问题.

一、带电粒子在复合场中的直线运动

讨论带电粒子在复合场中做直线运动(加速或减速)的方法

(1)动力学方法——牛顿运动定律、运动学公式.

当带电粒子所受合力为恒力,且与速度方向共线时,粒子做匀变速直线运动,若题目涉及运

动时间,优先考虑牛顿运动定律、运动学公式.

在重力场和电场叠加场中的匀变速直线运动,亦可以分解为重力方向上、静电力方向上的直

线运动来处理.

(2)功、能量方法——动能定理、能量守恒定律.

若题中已知量和所求量涉及功和能量,那么应优先考虑动能定理、能量守恒定律.

例1如图所示,两水平边界M、N之间存在竖直向上的匀强电场.一根轻质绝缘竖直细杆

上等间距地固定着A、B、C三个带正电小球,每个小球质量均为m,A、B两球带电荷量均

为q、C球带电荷量为2q,相邻小球间的距离均为L.将该细杆从边界M上方某一高度处由静

止释放,已知B球进入电场上边界时的速度是A球进入电场上边界时速度的2倍,且B球进

入电场后杆立即做匀速直线运动,C球进入电场时A球刚好穿出电场.整个运动过程中杆始

终保持竖直状态,重力加速度为g.不计空气阻力.求:

(1)匀强电场的电场强度的大小E;

(2)A球经过电场上边界时的速度的大小v;

0

(3)C球经过边界N时的速度的大小.

答案(1)3mg(2)gL(3)gL

2q33

3mg

解析(1)B球进入电场后,杆立即做匀速直线运动,有3mg=2Eq,解得E=.

2q

(2)从A球进入电场到B球进入电场的过程中,运用动能定理得

11

22

3mgL-qEL=(3m)(2v)-(3m)v

00

22

gL

解得v=.

0

3

(3)由C球进入电场时A球刚好穿出电场可知,M、N间的宽度为2L.

设C球经过边界N时的速度的大小为v,从A球进入电场到C球穿出电场的过程,运用动

1

能定理得

11

3mg·4L-4qE·2L=·3mv12-·3mv02,

22

解得v=gL.

1

3

针对训练1(多选)如图所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直

流电源相连.若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子

()

A.所受合力为零B.做匀减速直线运动

C.电势能逐渐增加D.机械能逐渐增加

答案BC

解析根据题意可知,粒子做直线运动,静电力垂直极板向上,重力竖直向下,不在同一直

线上,所以重力与静电力不平衡,对粒子受力分析可知静电力与重力的合力与速度方向反向,

粒子做匀减速直线运动,故A错误,B正确;由图可知,静电力与速度夹角为钝角,做负功,

故电势能增加,机械能减小,故C正确,D错误.

二、带电粒子的类平抛运动

带电粒子在电场中的类平抛运动的处理方法:

1.运动分解的方法:将运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的匀加速

直线运动,在这两个方向上分别列运动学方程或牛顿第二定律.

2.利用功能关系和动能定理分析

(1)功能关系

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