教科版高中物理选修3-1第一章　第3节电场 电场强度和电场线 等效重力场.ppt

1.3 电场 电场强度和电场线 等效重力场,物体仅在重力场中的运动是最常见、最基本的运动，但是对处在匀强电场中的宏观物体而言，它的周围不仅有重力场，还有匀强电场，同时研究这两种场对物体运动的影响，问题就会变得复杂一些 此时，若能将重力场与电场合二为一，用一个全新的“复合场”（可形象称之为“等效重力场”）来代替，不仅能起到“柳暗花明”的效果，同时也是一种思想的体现那么，如何实现这一思想方法呢？,一、概念类比 为了方便后续处理方法的迁移，首先搞清“等效重力场”中的部分概念与复合之前的相关概念之间关系具体对应如下： 1.等效重力场 重力场、电场叠加而成的复合场 2.等效重力 重力、电场力的合力 3.等效重力加速度 等效重力与物体质量的比值 4.等效“最低点” 物体自由时能处于稳定平衡状态的位置 5.等效“最高点” 物体圆周运动时与等效“最低点”关于圆心对称的位置 6.等效重力势能 等效重力大小与物体沿等效重力场方向“高度”的乘积,例1.如图所示，绝缘光滑轨道AB部分为倾角为30的斜面，AC部分为竖直平面上半径为R 的圆轨道，斜面与圆轨道相切整个装置处于场强为E、方向水平向右的匀强电场中现有一质量为m的带正电，电量为 小球，要使小球能安全通过圆轨道，在O点的初速度应为多大？,二、精讲例题,分析：,解:小球先在斜面上运动,受重力、电场力、支持力,然后在圆轨道上运动,受重力、电场力、轨道作用力,如图所示,将电场力与重力的合力视为等效重力mg,大小为,得=30,等效重力的方向与斜面垂直指向右下方,小球在斜面上匀速运动.,要使小球能安全通过圆轨道,在圆轨道的“等效最高点”(D点)满足“等效重力”刚好提供向心力,即 由几何关系知 ,设小球以最小初速度v0运动,由动能定理知, 解得 因此要使小球安全通过圆轨道,初速度应满足,例2.水平向右的匀强电场中，用长为R的轻质细线在O点悬挂一质量为m的带电小球，静止在A处，AO的连线与竖直方向夹角为370，现给小球施加一个沿圆弧切线方向的初速度v0，小球便在竖直面内运动，为使小球能在竖直面内完成圆周运动，这个初速度v0至少应为多大？,三、针对训练,答案：B,2. 如右图所示，在方向水平的匀强电场中，一个不可伸长的不导电细线一端连着一个质量m为的带电小球，另一端固定于O点把小球拉起直至细线与场强平行，然后无初速释放已知小球摆到最低点的另一侧，线与竖直方向的最大夹角为，若在此过程中线始终绷紧，求 （1）小球经过最低点时细线对小球的拉力 （2）小球在什么位置时速度最大,答案：（1） （2）与竖直方向成 位置,3. 已知如图，匀强电场方向水平向右，场强 V/m，丝线长L=40cm，上端系于O点，下端系质量为 kg ，带电量为 C 的小球，将小球从最低点A由静止释放，求： 小球摆到最高点时丝线与竖直方向的夹角多大？ 摆动过程中小球的最大速度是多大？,答案：74 1.4m/s,4. 如图所示，固定的半圆形绝缘光滑轨道置于正交的匀强电场和匀强磁场叠加的区域中。

轨道半径为R，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，电场强度为E，方向水平向左 （1）一个质量为m的小球（可视为质点）放在轨道上的C点恰好处于静止，圆弧半径OC与水平直径AD的夹角为（sin=0.8，cos=0.6）求小球所电荷量；试说明小球带何种电荷并陈述理由 （2）如果将小球从A点由静止释放，小球在圆弧轨道上运动时，对轨道的最大压力是多少？ （3） 若将小球从A点由静止释放，小球沿圆弧轨道运动到最低点时，与另一个质量也为m且静止在O点正下方P点的不带电小球（可视为质点）发生碰撞，设碰撞过程历时可以忽略且无机械能损失也无电荷转移两小球在运动过程中始终没有脱离圆弧轨道求第一次碰撞后到第二次碰撞前，两小球在圆弧轨道上上升的最大高度各是多少？,答案：（1）正电荷 （2） （3）小球1上升最大高度 小球2上升最大高度,。