高中物理等效場模型 專題輔導(dǎo)_第1頁
高中物理等效場模型 專題輔導(dǎo)_第2頁
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文檔簡介

1、高中物理等效場模型【題源示例】如圖1所示,兩個水平放置的帶電平行金屬板的勻強電場中,一長為l的絕緣細線一端固定在0點,另一端拴著一個質(zhì)量為m、帶有一定電量的小球,小球原來靜止,當給小球某一速度后,它可繞O點在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動,若兩板間電壓增大為原來的4倍時,求:*11i44-+L'慚I(1)要使小球從c點開始在豎直平面內(nèi)做圓周運動,開始至少要給小球多大速度?(2)在運動過程中細線所受的最大拉力。分析解答:本題的物理情景不難想象:一繩系帶電小球在兩板間原來的電場中做勻速圓周運動。后來兩板間電壓升高為4倍,小球仍在豎直面內(nèi)做圓周運動。這兩種情況下相應(yīng)的物理條件是不同的,必須注意正確

2、地把它們轉(zhuǎn)化為具體的物理條件。(1)設(shè)原來兩極板間電壓為U,間距為d,小球電量為q,因小球開始能在電場中做勻速圓周運動,故小球所受電場力向上,并且和重力相等,所以小球帶正電,且滿足qU=mgd當兩板間電壓增到4U時,設(shè)需在C點給小球的速度為v才能使其在豎直平面內(nèi)做圓周運動,分析知C點就是小球做圓周運動的等效最高點(即臨界點),在等效最高點處小球的線速度最小,小球所受新的電場力與重力的合力恰好滿足在該處做圓周運動的向心力,此時細線對小球的拉力為零(這是等效最高點的特點),即:4Uqdv2一mg=mj-=3mg得到v=.3gl(2)小球在最高點D時就是小球做圓周運動的等效最低點,小球在等效最低點處

3、的線速度最大,所以細線L所受拉力最大,設(shè)拉力為T,由牛頓第二定律,有:T+mg-4Uq=mVDdl小球C點運動到D點過程中,重力和電場力做功,根據(jù)動能定理,有:4Uqdx21一mgx2l=1mv2一2Dmv22由式得小球在等效最低點處的線速度vD=;15g1將式代入式,得T=18mg。點悟:物體僅在重力場中運動是最簡單,也是學(xué)生最為熟悉的運動類型,但是物體在復(fù)合場中的運動又是我們在綜合性試題中經(jīng)常遇到的問題,如果我們能化“復(fù)合場”為“等效重力場”,不僅能起到“柳暗花明”的效果,同時也是一種物理思想的體現(xiàn),如何實現(xiàn)這一思想方法呢?請看模型特征。【模型特征】物體在重力場中,最低點對應(yīng)最低的等高線,

4、物體在最低點為超重狀態(tài);最高點對應(yīng)最高的等高線,最高點要看是繩件還是桿件,物體在不同的點之間可以用牛頓運動定律或能量守恒定律列式。如物體在恒力場中,我們可以先求出合力F,F為物體處于平衡位置時的合力,再根據(jù)Fg=r求出等效場的加速度,將物體的運動轉(zhuǎn)化為我們熟悉的直線運動、曲線運動(拋體m或圓周運動),直線運動利用牛頓運動定律或功能角度都可以解題,曲線運動一般利用功能角度解答。如圖2所示,空間有水平向右的勻強電場,電場強度為E,小球質(zhì)量為m,帶電量為+q被長為l的輕繩固定在0點,此時小球受重力和電場力,平衡位置A偏離豎直位置9角,在同一直徑上另一點為B,物體受到合力為F=J(mg1+(qEZ,類

5、比重力場中運動,相當于“等效重力加速度”g'=-=Jg2+f史丫,人為“最低點”,B為“最高點”,故小球能在m丫Im丿豎直平面內(nèi)做完整的圓周運動的條件是,小球通過B點時的速度vB二莎,然后應(yīng)用能量關(guān)系可以求出在圖示豎直位置最低點應(yīng)具有的最小速度。>,卜1、1.1W27m國2從以上分析可知等效分析時關(guān)鍵是類比得出此時的等效重力加速度和臨界位置、臨界條件。【易錯警示】在應(yīng)用公式時要注意g與gz的區(qū)別:對于豎直平面內(nèi)的圓周運動模型,則要從受力情形出發(fā),分清“地理最高點”和“物理最高點”,弄清有幾個場力;豎直平面內(nèi)若做勻速圓周運動,則必須根據(jù)做勻速圓周運動的條件,找出隱含條件;同時還要注意線和導(dǎo)軌類問題的約束條件的不同?!绢}源激變】背景:一個質(zhì)量為m的帶正電的小球在勻強電場中,沿圖示方向運動,場強方向是水平的。背景:一質(zhì)量為m的小球用長為L的細線懸掛在天花板上,現(xiàn)加一大小恒定的水平向右的風(fēng)力后,小球的懸線擺動時偏離豎直方向的最大偏角為a背景:如圖所示,半徑為R的光滑絕緣導(dǎo)軌固定于豎直平面內(nèi),加上某一方向的勻強電場時,帶正電的小球沿軌道內(nèi)側(cè)做圓周運動,在A點時小球?qū)壍赖膲毫镹,此時小球的動能最大。問題:求小球運動到最高點時其電勢能與在0點的電勢能之差?問題:試求風(fēng)力的大???

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