专题14 带电体的力电综合问题之圆周运动-2021年高考物理静电场微专题突破

静电场考点突破微专题14 带电体的力电综合问题之圆周运动 一 知能掌握 1、等效法处理叠加场问题 （1）各种性质的场(物质)与实际物体的根本区别之一是场具有叠加性，即几个场可以同时占据同一空间，从而形成叠加场． （2）将叠加场等效为一个简单场，其具体步骤是：先求出重力与电场力的合力，将这个合力视为一个“等效重力”，将a＝视为“等效重力加速度”．再将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解即可． 2.电场中无约束情况下的匀速圆周运动: （1）物体做匀速圆周运动的条件从力与运动的关系来看，物体要做匀速圆周运动，所受合外力必须始终垂直于物体运动的方向，而且大小要恒等于物体所需的向心力。冈此，物体做匀速圆周运动时必须受到变力的作用，或者不受恒力的作用，或者恒力能被平衡。 （2）在静电力作用下的匀速圆周运动在不考虑带电粒子的重力作用时，带电粒子有两种情况可以做匀速圆周运动。 ①在带有异种电荷的同定点电荷周围。 ②在等量同种点电荷的中垂面上，运动电荷与场源电荷异性。在这种情境中，还要求运动电荷所具有的初速度要与所受到的电场力垂直，且满足合外力等于所需向心力的条件。否则运动电荷可能做直线运动、椭圆运动等。 （3）有重力参与的匀速圆周运动重力是一恒力，带电粒子要做匀速圆周运动，重力必须被平衡，一种方式是利用水平支撑面的弹力，一种方式是利用变化的电场力的某一分力。 3. 复合场中圆周运动问题分析策略 解答电场、重力场组成的复合场中的圆周运动问题,应把握以下三点: (1)把电场力和重力合成一个等效力,称为等效重力。 (2)若带电体能做完整的圆周运动,则等效重力的反向延长线与圆周的 交点为带电体在等效重力场中运动的最高点。 (3)类比轻绳模型、轻杆模型临界值的情况进行分析解答。 二、探索提升 【典例1】如图1，一根长度为L的绝缘细线上端固定下端系一质量为m的带正电小球，将它放置在一水平向右的匀强电场中，已知细线向右偏到和竖直线成角时，小球处于平衡状态。现在将小球拉到与竖直线成某一角度由静止释放，当小球运动到竖直位置时速度恰好为零。 求：（1）角度的大小？ （2）小球在运动过程中，细线的最大拉力为多少？ （已知，， ，重力加速度为g） 图1 【答案】（1）74°， （2）1.75mg 【典例2】半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m、带正电荷的