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高中物理例析电场中的力的问题
在静电场中涉及动力学问题的无论是平衡类还是变速运动类,其解题思路和解答方法与力学中解题方法和思路相同,不同的只是增加了一种以性质命名的力电场力,解题的关键还是在于正确进行受力分析,画出受力示意图再去解答。一般分为两类:一类是共点力平衡问题,解题方法是用整体法与隔离法;另一类是变速类(主要研究匀变速)问题,解题方法是用牛顿运动定律。例1三个电荷量均为Q的小球质量均为m,放在水平光滑绝缘的桌面上,分别位于等边三角形的三个顶点,其边长为L,如图1所示,求:
(1)在三角形的中心O点应放置什么性质的电荷,才能使三个带电小球都处于静止状态?其电荷量是多少?(2)若中心电荷电量在(1)问基础上加倍,三个带电小球将加速运动,求其加速度。(3)若中心电荷电量在(1)问基础上加倍后,仍保持三个小球相对距离不变,可让它们绕中心电荷同时旋转,求它们旋转的线速度。解析:(1)如图2所示,等边三角形的边长为L,则AO之间的距离为:
L3r2Lcos303B、C两球对A作用力的合力为:Q233kQ2F12Fcos302k2,2LL2
设O点的电荷电量为q,对A球的作用力为F2由于A静止,故有F1F2,
kQq,r2
3Q(带负电)323Q时,(2)当q2q3A球受合力FF2F12F2F1F1,
解得q所以其加速度a
FF13kQ2。mmmL2
用心
爱心
专心
f(3)当q2q时,A受合力为FF1所以
3kQ2,它提供三个小球做圆周运动的向心力,L2
33kQ2v2kL,得vQm,又r。23rLmL点评:该题考查了力的合成、力的平衡、牛顿第二定律、向心力公式、圆周运动等知识点,题目情景新颖,采用分步设问降低了难度,较好地考查了学生的分析与综合能力。
例2电荷量分别为q、5q,质量分别为m、5m的两个带异种电荷的粒子(重力不计)A、B,间距为L,根据你所学过的物理知识思考,要保持两者距离不变,可能有哪几种运动形式,并求出每种运动形式中所对应的运动物理量或外力的大小。解析:本题只要能满足两个带电粒子保持距离不变即可,有以下几种情况:(1)保持静止
5q2;L2(2)以连线上某一点为圆心,做匀速圆周运动,类似“双星”问题根据圆周运动公式5q2k2mr125mr22及r1r2LLq6k5L解得r1L,r2,LmL66(3)一起做相同的匀变速直线运动,分两种情况:
只需在A、B上加等大,背离另一粒子方向的作用力Fk①在r
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