高中物理等效場(chǎng)模型-專題輔導(dǎo)(共3頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)高中物理高中物理等效場(chǎng)模型等效場(chǎng)模型【題源示例】如圖 1 所示，兩個(gè)水平放置的帶電平行金屬板的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一長(zhǎng)為 l的絕緣細(xì)線一端固定在 O 點(diǎn)，另一端拴著一個(gè)質(zhì)量為 m、帶有一定電量的小球，小球原來(lái)靜止，當(dāng)給小球某一速度后，它可繞 O 點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若兩板間電壓增大為原來(lái)的 4 倍時(shí)，求：（1）要使小球從 C 點(diǎn)開(kāi)始在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始至少要給小球多大速度？（2）在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)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(lái)的電場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。后來(lái)兩板間電壓升高為 4 倍，小球仍在豎直面內(nèi)做圓

2、周運(yùn)動(dòng)。這兩種情況下相應(yīng)的物理?xiàng)l件是不同的，必須注意正確地把它們轉(zhuǎn)化為具體的物理?xiàng)l件。（1）設(shè)原來(lái)兩極板間電壓為 U，間距為 d，小球電量為 q，因小球開(kāi)始能在電場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故小球所受電場(chǎng)力向上，并且和重力相等，所以小球帶正電，且滿足mgdqU當(dāng)兩板間電壓增到 4U 時(shí)，設(shè)需在 C 點(diǎn)給小球的速度為 v 才能使其在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，分析知 C 點(diǎn)就是小球做圓周運(yùn)動(dòng)的等效最高點(diǎn)（即臨界點(diǎn)） ，在等效最高點(diǎn)處小球的線速度最小，小球所受新的電場(chǎng)力與重力的合力恰好滿足在該處做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，此時(shí)細(xì)線對(duì)小球的拉力為零（這是等效最高點(diǎn)的特點(diǎn)） ，即：mg3lvmmgdUq42得到gl3v （

3、2）小球在最高點(diǎn) D 時(shí)就是小球做圓周運(yùn)動(dòng)的等效最低點(diǎn)，小球在等效最低點(diǎn)處的線速度最大，所以細(xì)線 L 所受拉力最大，設(shè)拉力為 T，由牛頓第二定律，有：lvmdUq4mgT2D小球 C 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 D 點(diǎn)過(guò)程中，重力和電場(chǎng)力做功，根據(jù)動(dòng)能定理，有：22Dmv21mv21l 2mgl 2dUq4由式得小球在等效最低點(diǎn)處的線速度gl15vD將式代入式，得。mg18T 點(diǎn)悟：物體僅在重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單，也是學(xué)生最為熟悉的運(yùn)動(dòng)類型，但是物體在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)又是我們?cè)诰C合性試題中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，如果我們能化“復(fù)合場(chǎng)”為“等效重力場(chǎng)” ，不僅能起到“柳暗花明”的效果，同時(shí)也是一種物理思想的體現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)這一

4、思想方法呢？請(qǐng)看模型特征?！灸Ｐ吞卣鳌课矬w在重力場(chǎng)中，最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)最低的等高線，物體在最低點(diǎn)為超重狀態(tài)；精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)最高的等高線，最高點(diǎn)要看是繩件還是桿件，物體在不同的點(diǎn)之間可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或能量守恒定律列式。如物體在恒力場(chǎng)中，我們可以先求出合力 F，F(xiàn) 為物體處于平衡位置時(shí)的合力，再根據(jù)求出等效場(chǎng)的加速度，將物體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為我們熟悉的直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)（拋體mFg 或圓周運(yùn)動(dòng)） ，直線運(yùn)動(dòng)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或功能角度都可以解題，曲線運(yùn)動(dòng)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(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為 E，小球質(zhì)量為 m，帶電量為+q被長(zhǎng)為 l

5、的輕繩固定在 O 點(diǎn)，此時(shí)小球受重力和電場(chǎng)力，平衡位置 A 偏離豎直位置角，在同一直徑上另一點(diǎn)為 B，物體受到合力為，類比重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，相當(dāng) 22qEmgF于“等效重力加速度”，A 為“最低點(diǎn)” ，B 為“最高點(diǎn)” ，故小球22mqEgmFg能在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng)的條件是，小球通過(guò) B 點(diǎn)時(shí)的速度，然后應(yīng)用lgvB能量關(guān)系可以求出在圖示豎直位置最低點(diǎn)應(yīng)具有的最小速度。從以上分析可知等效分析時(shí)關(guān)鍵是類比得出此時(shí)的等效重力加速度和臨界位置、臨界條件?！疽族e(cuò)警示】在應(yīng)用公式時(shí)要注意 g 與 g的區(qū)別：對(duì)于豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)模型，則要從受力情形出發(fā)，分清“地理最高點(diǎn)”和“物理最高點(diǎn)” ，弄清

6、有幾個(gè)場(chǎng)力；豎直平面內(nèi)若做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則必須根據(jù)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件，找出隱含條件；同時(shí)還要注意線和導(dǎo)軌類問(wèn)題的約束條件的不同?！绢}源激變】背景：一個(gè)質(zhì)量為 m 的帶正電的小球在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿圖示方向運(yùn)動(dòng)，場(chǎng)強(qiáng)方向是水平的。背景：一質(zhì)量為 m 的小球用長(zhǎng)為 L 的細(xì)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(dòng)時(shí)偏離豎直方向的最大偏角為背景：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(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，帶正電的小球沿軌道內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，在 A點(diǎn)時(shí)小球?qū)壍赖膲毫镹，此時(shí)小球的動(dòng)能最大。問(wèn)題：求小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)其電勢(shì)能與在 O 點(diǎn)的電勢(shì)能之差？問(wèn)題：試求風(fēng)力的大??？類比電場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)， “風(fēng)力場(chǎng)強(qiáng)”為多少