1、利用運動分解的思想來處理帶電粒子的曲線運動。當處理帶電粒子在均勻電場或電場與重力場組成的復合場中的曲線運動時,運動的合成和分解方法比較常見,一般粒子也比較復雜。的曲線運動分解為沿電場方向和垂直于電場方向的兩個分運動來求解例1。將一個質量為m、電荷為q的帶負電的小球從右側垂直向上拋出如圖 1 所示的平行板電容器,最后落在電容器左邊緣的相同高度。兩極板的距離為d,極板間的電壓為U,求電荷能達到的最大高度H和拋擲時的初速度v0。從題目中設定的條件分析可知,小球在復合場中作曲線運動網校頭條,其運動可以分解為水平方向。根據球的勻加速直線運動和垂直方向的垂直上拋運動,由垂直上拋運動規律得到球上升的最大高度H。可同時求解小球水平方向的運動規律:
2.用能源的視角來處理相關問題。由于電場力所做的功與粒子在電場中運動的路徑無關,僅由起始位置和終止位置之間的電勢差決定,即WAB = qUAB。因此,采用函數關系法來處理粒子在均勻電場或非均勻電場中的運動。均勻電場中直線運動或曲線運動的問題都是比較有效的例子2。如圖2所示,一根光滑絕緣的豎直細棒與以正電荷Q為中心的圓相交于B、C兩點。質量為 m、電荷為 q 的空心球從桿上的 A 點穿過。開始從靜止狀態下落,假設AB=BC=h,小球滑動到B點時的速度為,試求
(1) 小球滑向C點的速度。
(2)A、B點電位差解析
(1) 由于B、C是電荷Q產生的電場中同一等勢面上的兩點,即UBC=0,所以帶電球從B到C時電場所做的功為零高中物理電場帶電粒子問題,當B→C,根據動能定理,我們可以代入
(2) 由A→B,根據動能定理,故
3.用極限思維分析關鍵問題 當涉及帶電粒子在電場中運動的關鍵問題時,關鍵是找到臨界狀態對應的臨界條件,臨界條件可以借助極限法。例3 一束電子經過U=5000V的加速電壓加速后,垂直進入平行板之間的均勻電場,與兩板等距,如圖3所示。若兩板之間的距離是 d=
1.0cm,板長l=
5.0cm,那么,為了使電子從平行板之間飛出,兩塊板所能施加的最大電壓是多少?當加速電壓一定時,偏轉電壓U越大,板間電子的偏移距離越大。 ,當偏轉電壓很大,電子剛好擦過極板邊緣飛出去時,此時的偏轉電壓就是該題所需的最大電壓加速過程。根據動能定理,
① 進入偏轉電場,電子沿平行于板面的方向勻速運動
② 沿垂直于板面的方向做勻加速直線運動,加速度
③偏移量
④飛出的條件是:
⑤解決方案
①~
⑤等式=400V。即,為了使電子能夠飛出,所施加的最大電壓為400V。
4、利用等價思想建立復合場模型來處理相關問題。均勻電場中的帶電體除了受到電場力外,一般還會受到重力等其他外力的影響。對于這類問題,采用等效重力法,即將重力與電場力的合力視為等效重力,然后采用類比方法,通常可以更簡單地解決問題。從等價的角度來分析物理過程,不僅有利于我們解答物理問題,也有利于知識的靈活運用。對于促進知識和能力的轉移以及思維的拓展非常有幫助。例 4. 在水平向右的均勻電場中,有一個質量為 m 的帶正電的小球,用一根長度為 L 的絕緣細線懸掛在 O 點。穩定時,該球靜止在 A 點,并且細線是垂直方向的。夾角為θ高中物理電場帶電粒子問題,如圖4所示。現在給球一個垂直于懸浮線的初速度,使球可以在垂直平面內做圓周運動。尋找
(1)球運動時的最小速度;
(2) 球在A點的初速度分析。球運動過程中,球所施加的重力和電場力均為恒力。它們結合起來就相當于一個力F,如圖5所示。那么,合力F就類似于重力,相當于重力加速度。因此,等效的在垂直平面內做圓周運動的球的“最低點”和“最高點”分別是圖5中的A點和B點。
(1)B點球的速度最小。根據題意即可解答。
(2) 當小球從A點運動到B點時,根據動能定理可以得出答案
(1);
(2)。