等效法處理重力場和電場的復(fù)合場問題

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1、等效法處理重力場和電場的復(fù)合場問題教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1．了解帶電粒子在勻強電場中的運動——只受電場力，帶電粒子做勻變速運動。2．重點掌握物理中等效代換法3．把物體在重力場中運動的規(guī)律類比應(yīng)用到復(fù)合場中分析解決問題。（二）過程與方法培養(yǎng)學(xué)生綜合運用力學(xué)和電學(xué)知識，分析解決帶電粒子在復(fù)合場中的運動的能力。（三）情感態(tài)度與價值觀1．滲透物理學(xué)方法的教育：復(fù)合場與重力場類比。2．培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，體會物理知識的實際應(yīng)用。重點：帶電粒子在復(fù)合場（重力場與電場）中的運動規(guī)律難點：復(fù)合場的建立。教學(xué)過程：復(fù)

2、習(xí)提問：重力、電場力做功的特點？（強調(diào)類比法）我們今天就研究重力和電場力的這個相同點！一、等效法EE二、復(fù)合場中的典型模型重力環(huán)境對比：小球在A—B—C之間往復(fù)運動，則α、β的關(guān)系為：A．α=βB．α>βC．α<βD．無法比較1、振動對稱性：如圖所示，在水平方向的勻強電場中的O點，用長為l的輕、軟絕緣細(xì)線懸掛一質(zhì)量為m的帶電小球，當(dāng)小球位于B點時處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時細(xì)線與豎直方向（即OA方向）成θ角．現(xiàn)將小球拉至細(xì)線與豎直方向成2θ角的C點，由靜止將小球釋放．若重力加速度為g，則對于此后小球的受力和運動情況，下

3、列判斷中正確的是A．小球所受電場力的大小為mgtanθB．小球到B點的速度最大C．小球可能能夠到達(dá)A點，且到A點時的速度不為零ABCEOθθD．小球運動到A點時所受繩的拉力最大CBA重力環(huán)境對比：小球以V0初速度豎直向上拋出一個質(zhì)量為m的物體，求物體上升的最大高度。2、“豎直上拋運動”在豎直向下的勻強電場中，以V0初速度豎直向上發(fā)射一個質(zhì)量為m帶電量為q的帶正電小球，求上升的最大高度。重力環(huán)境對比：單擺的周期公式：________________3、“單擺”擺球質(zhì)量為m，帶電量為+q，擺線為絕緣細(xì)線，擺長為L

4、，整個裝置處在豎直向下的勻強電場中，場強為E，求單擺振動的周期。E分析解答：擺球擺動過程中始終受不變的重力場、電場作用，即“等效”場力G’=qE+mg，“等效”場加速度g’=+g,所以T=2p=2p4、“豎直平面圓周運動”重力環(huán)境對比：豎直面內(nèi)的圓周運動（1）最高點的最小速度（2）為使小球能在豎直面內(nèi)做圓周運動，則在最低點至少施加多大的初速度？水平向右的勻強電場中，用長為R的輕質(zhì)細(xì)線在O點懸掛一質(zhì)量為m的帶電小球，靜止在A處，AO的連線與豎直方向夾角為370，現(xiàn)給小球施加一個沿圓弧切線方向的初速度V0，小球便

5、在豎直面內(nèi)運動，為使小球能在豎直面內(nèi)完成圓周運動，這個初速度V0至少應(yīng)為多大？靜止時對球受力分析如右圖A370BO:且F=mgtg370=mg,“等效”場力G’==mg與T反向“等效”場加速度g’=g與重力場相類比可知:小球能在豎直面內(nèi)完成圓周運動的臨界速度位置在AO連線B處,且最小的VB=從B到A運用動能定理:G’2R=mV02--mVB2mg2R=mV02--mgRV0=5、類平拋運動重力環(huán)境對比：平拋運動規(guī)律：水平放置帶電的兩平行金屬板，相距d,質(zhì)量為m的微粒由板中間以某一初速平行于板的方向進(jìn)入，若微粒

6、不帶電，因重力作用在離開電場時，向下偏轉(zhuǎn)d/4，若微粒帶正電，電量為q，仍以相同的初速度進(jìn)入電場，微粒恰好不再射出電場，則兩板的電勢差應(yīng)為多少？并說明上下板間帶電性？+_(a)+_(b)GFGF分析與解：當(dāng)微粒不帶電時，只受重力做平拋運動d/4=1/2gt2，帶電后，應(yīng)根據(jù)極板電性不同分兩種情況討論（1）若上極板帶正電，下極板帶負(fù)電（如圖a）微粒水平方向仍作勻速直線運動時間為t，豎直方向受重力和電場力均向下，豎直位移s=1/2(g+qU/md)t2，要使微粒不再射出電場，則s>d/2,解得U>mgd/q.（2

7、）若上極板帶負(fù)電，下極板帶正電（如圖b）分析方法上同，只是此時電場力向上，豎直位移s=1/2(qU/md-g)t2，要使微粒不再射出電場，則s>d/2,解得U>3mgd/q.由于微粒不帶電時能射出電場，故當(dāng)重力大于電場力時，微粒一定能射出，滿足條件。練習(xí)：BO1、質(zhì)量為m，帶正電q的小球用細(xì)繩懸掛在兩塊無限大的平行板電容器間。小球懸點O，擺長L=6cm，擺球質(zhì)量為m=0.02kg，兩板間距為d=8cm高。兩板間加電壓U=2000V。今向正極板方向?qū)[球拉到水平位置然后無初速釋放，小球在B、A間來回振動。求：（

8、1）q=？（2）平衡位置（3）小球最大速率-+A2、在水平方向的勻強電場中，用長為L的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛一質(zhì)量為m的帶電小球，小球靜止在A處，懸線與豎直方向成300角，現(xiàn)將小球拉至B點，使懸線水平，并由靜止釋放，求小球運動到最低點D時的速度大小。C300AODVCXBVCYmgTFA處時對球受力分析如右圖:且F=mgtg300=mg,“等效”場力G’==mg與T反向“等效”場加速度g’=g從B到C小球