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用运动分解思想处理带电粒子曲线运动的方法及实例解析

更新时间:2024-11-23 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

1、利用运动分解的思想来处理带电粒子的曲线运动。当处理带电粒子在均匀电场或电场与重力场组成的复合场中的曲线运动时,运动的合成和分解方法比较常见,一般粒子也比较复杂。的曲线运动分解为沿电场方向和垂直于电场方向的两个分运动来求解例1。将一个质量为m、电荷为q的带负电的小球从右侧垂直向上抛出如图 1 所示的平行板电容器,最后落在电容器左边缘的相同高度。两极板的距离为d,极板间的电压为U,求电荷能达到的最大高度H和抛掷时的初速度v0。从题目中设定的条件分析可知,小球在复合场中作曲线运动网校头条,其运动可以分解为水平方向。根据球的匀加速直线运动和垂直方向的垂直上抛运动,由垂直上抛运动规律得到球上升的最大高度H。可同时求解小球水平方向的运动规律:xCY物理好资源网(原物理ok网)

2.用能源的视角来处理相关问题。由于电场力所做的功与粒子在电场中运动的路径无关,仅由起始位置和终止位置之间的电势差决定,即WAB = qUAB。因此,采用函数关系法来处理粒子在均匀电场或非均匀电场中的运动。均匀电场中直线运动或曲线运动的问题都是比较有效的例子2。如图2所示,一根光滑绝缘的竖直细棒与以正电荷Q为中心的圆相交于B、C两点。质量为 m、电荷为 q 的空心球从杆上的 A 点穿过。开始从静止状态下落,假设AB=BC=h,小球滑动到B点时的速度为,试求xCY物理好资源网(原物理ok网)

(1) 小球滑向C点的速度。xCY物理好资源网(原物理ok网)

(2)A、B点电位差解析xCY物理好资源网(原物理ok网)

(1) 由于B、C是电荷Q产生的电场中同一等势面上的两点,即UBC=0,所以带电球从B到C时电场所做的功为零高中物理电场带电粒子问题,当B→C,根据动能定理,我们可以代入xCY物理好资源网(原物理ok网)

(2) 由A→B,根据动能定理,故xCY物理好资源网(原物理ok网)

3.用极限思维分析关键问题 当涉及带电粒子在电场中运动的关键问题时,关键是找到临界状态对应的临界条件,临界条件可以借助极限法。例3 一束电子经过U=5000V的加速电压加速后,垂直进入平行板之间的均匀电场,与两板等距,如图3所示。若两板之间的距离是 d=xCY物理好资源网(原物理ok网)

1.0cm,板长l=xCY物理好资源网(原物理ok网)

5.0cm,那么,为了使电子从平行板之间飞出,两块板所能施加的最大电压是多少?当加速电压一定时,偏转电压U越大,板间电子的偏移距离越大。 ,当偏转电压很大,电子刚好擦过极板边缘飞出去时,此时的偏转电压就是该题所需的最大电压加速过程。根据动能定理,xCY物理好资源网(原物理ok网)

高中物理电场带电粒子问题xCY物理好资源网(原物理ok网)

① 进入偏转电场,电子沿平行于板面的方向匀速运动xCY物理好资源网(原物理ok网)

② 沿垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度xCY物理好资源网(原物理ok网)

③偏移量xCY物理好资源网(原物理ok网)

④飞出的条件是:xCY物理好资源网(原物理ok网)

⑤解决方案xCY物理好资源网(原物理ok网)

①~xCY物理好资源网(原物理ok网)

⑤等式=400V。即,为了使电子能够飞出,所施加的最大电压为400V。xCY物理好资源网(原物理ok网)

4、利用等价思想建立复合场模型来处理相关问题。均匀电场中的带电体除了受到电场力外,一般还会受到重力等其他外力的影响。对于这类问题,采用等效重力法,即将重力与电场力的合力视为等效重力,然后采用类比方法,通常可以更简单地解决问题。从等价的角度来分析物理过程,不仅有利于我们解答物理问题,也有利于知识的灵活运用。对于促进知识和能力的转移以及思维的拓展非常有帮助。例 4. 在水平向右的均匀电场中,有一个质量为 m 的带正电的小球,用一根长度为 L 的绝缘细线悬挂在 O 点。稳定时,该球静止在 A 点,并且细线是垂直方向的。夹角为θ高中物理电场带电粒子问题,如图4所示。现在给球一个垂直于悬浮线的初速度,使球可以在垂直平面内做圆周运动。寻找xCY物理好资源网(原物理ok网)

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(1)球运动时的最小速度;xCY物理好资源网(原物理ok网)

(2) 球在A点的初速度分析。球运动过程中,球所施加的重力和电场力均为恒力。它们结合起来就相当于一个力F,如图5所示。那么,合力F就类似于重力,相当于重力加速度。因此,等效的在垂直平面内做圆周运动的球的“最低点”和“最高点”分别是图5中的A点和B点。xCY物理好资源网(原物理ok网)

(1)B点球的速度最小。根据题意即可解答。xCY物理好资源网(原物理ok网)

(2) 当小球从A点运动到B点时,根据动能定理可以得出答案xCY物理好资源网(原物理ok网)

(1);xCY物理好资源网(原物理ok网)

(2)。xCY物理好资源网(原物理ok网)

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