内容正文:
高考复习顶层设计·物理
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高考复习顶层设计 物理
第八章
静电场
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专题突破十三 带电粒子
在电场中的力、电综合问题
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专题突破十三 带电粒子在电场中的力、电综合问题
本部分内容讲解结束
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1.本专题用等效法分析带电粒子在重力场和电场中的圆周运动,特别是对“等效重力”作用下的“等效最高点”和“等效最低点”的分析沿用了重力作用下的竖直面内圆周运动的分析方法。
2.本专题中用动力学观点和功能观点处理带电粒子在电场中的运动问题,物理过程复杂,综合性较强,培养学生的分析综合能力、推理能力。
题型一 带电粒子在重力场和电场中的圆周运动
1.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,但是对于处在匀强电场和重力场中物体的运动问题就会变得复杂一些。此时可以将重力场与电场合二为一,用一个全新的“复合场”来代替,可形象称之为“等效重力场”。
2.等效重力场的对应概念及解释。
3.举例。
【典例1】 (多选)如图所示,一根不可伸长的绝缘细线一端固定于O点,另一端系一带电小球,置于水平向右的匀强电场中,现把细线水平拉直,小球从A点由静止释放,经最低点B后,小球摆到C点时速度为0,则 ( )
A.小球在B点时速度最大
B.小球从A点到B点的过程中,机械能一直在减少
C.小球在B点时细线的拉力最大
D.从B点到C点的过程中小球的电势能一直增加
答案与解析
解析 小球所受重力和电场力恒定,重力和电场力的合力恒定,小球相当于在重力和电场力的合力及细线的拉力作用下在竖直平面内做圆周运动。当小球运动到重力和电场力的合力和细线的拉力共线时(不是B点),小球的速度最大,此时细线的拉力最大,A、C两项错误;从A点到C点的过程中,小球所受重力做正功,小球摆到C点时速度为0,所以电场力对小球做负功,小球从A点到B点的过程中,机械能一直在减少,B项正确;从B点到C点的过程中,小球克服电场力做功,小球的电势能一直增加,D项正确。
答案 BD
【典例2】 如图所示,在竖直平面内固定的圆形绝缘轨道的圆心为O、半径为r、内壁光滑,A、B两点分别是圆轨道的最低点和最高点。该区间存在方向水平向右的匀强电场,一质量为m的带电小球(可视为质点)恰好能静止在C点。若在C点给小球一个初速度使它在轨道内侧恰好能做完整的圆周运动(小球的电荷量不变)。已知C、O、D在同一直线上,它们的连线与竖直方向的夹角θ=60°,重力加速度为g。求:
(1)小球所受的电场力F的大小;
(2)小球做圆周运动,在D点的速度大小及在A点对轨道压力的大小。
解析 (1)小球在C点静止,受力分析如图所示。
由平衡条件得F=mgtan 60°,
解得F=mg。
(2)小球在光滑轨道内侧恰好做完整的圆周运动,
在D点小球速度最小,对轨道的压力为零,则=m,
解得小球