專題+靜電場中的等效重力+講義 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

等效重力教學(xué)目標(biāo)理解該類習(xí)題的問題圖式；能用自己的語言陳述問題圖式的各成分；在有提示的場合，可運(yùn)用該圖式解決該類型習(xí)題。問題圖示問題情境解題所需知識與技能策略物體處于勻強(qiáng)電場中、重力不可忽略。物體與輕繩連接或在光滑圓軌道中運(yùn)動。由場強(qiáng)分析勻強(qiáng)電場中電場力大小方向。矢量（力、速度）的合成與分解的法則。只有重力時的“繩球模型”。確定電場力的大小方向。求重力、電場力的合力F，此即等效重力。找等效最高、最低點(diǎn)。這兩點(diǎn)的連線過圓心，且與沿F方向。結(jié)合等效重力分析物體的運(yùn)動過程。如何確定電場力的大小方向？①物體在A點(diǎn)靜止，則A處重力、電場力的合力與繩拉力（軌道支持力）等大反向。②物體在AB之間往復(fù)運(yùn)動，則圓弧AB中點(diǎn)C處電場力的合力與繩拉力（軌道支持力）反向。若物體與伸直的輕繩連接，自A點(diǎn)靜止釋放后，未必做圓周運(yùn)動。請避免思維定式。假設(shè)物體釋放后極短時間內(nèi)不受繩的拉力，看物體在這段時間后與圓心的距離是否大于繩長。①若物體在這段時間后與圓心的距離大于繩長，則繩子繃直，存在拉力，物體在拉力與F的共同作用下做圓周運(yùn)動。②物體在這段時間后與圓心的距離小于繩長，則繩子松弛，無拉力，物體只在F的作用下做勻變速直線運(yùn)動。直到物體與圓心的距離等于繩長，此時繩瞬間繃直，物體沿繩方向速度瞬間變?yōu)?，垂直于繩方向的速度不變，即存在動能的損失，運(yùn)用能量守恒解決問題時要切記。之后物體在拉力與F的共同作用下做圓周運(yùn)動。教學(xué)過程1、新題解決階段【審題】已知：背景：勻強(qiáng)電場、重力場，傾角30°的光滑斜面。條件：質(zhì)量、電荷量已知的小球。待求：小球要安全通過圓軌道（不滑落），在O點(diǎn)的初速度?！痉治鲱}】研究對象：帶電小球。第一階段：斜面AB上：物理狀態(tài)：在斜面AB上受到向下的重力、向右的電場力，有qE=33mg，合力F向右下,與豎直方向夾角為30°，受到垂直于斜面向上的支持力N物理過程：在斜面上做勻速運(yùn)動。這和物體在光滑平面上運(yùn)動有何相似嗎？水平面上物體受向下的重力、向上的支持力，二力平衡，小球做勻速運(yùn)動。如果我將圖旋轉(zhuǎn)一下，重力與電場力的合力F與支持力平衡，把合力F轉(zhuǎn)到豎直向下的方向，就好像重力一樣，記為mg’，稱為等效重力，mg’為等效重力加速度，存在等效重力場。物體在豎直向下的等效重力與豎直向上的支持力下做勻速運(yùn)動。第二階段：圓弧AC上物理狀態(tài)：進(jìn)入圓軌道，受電場力、重力、軌道的彈力三個力。重力、電場力與前一階段相同。為了簡化問題，認(rèn)為小球受等效重力與軌道彈力兩個力。物理過程：將圖轉(zhuǎn)過來看，小球從A到C“升高”，等效重力做負(fù)功，彈力不做功，小球減速，做圓周運(yùn)動。A為等效最低點(diǎn)，C為等效最高點(diǎn)?！窘處熞龑?dǎo)學(xué)生利用逆推法得到解題思路】回顧之前不存在電場力時的情境，小球做在軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動，受重力、彈力。要安全通過軌道，滿足什么臨界條件？在最高點(diǎn)mg=mv2在等效重力場中，臨界條件是？在等效最高點(diǎn),即C點(diǎn)，mg'=mvC有mg'=mgcos設(shè)AB段勻速運(yùn)動的速度為vA，A到C等效重力做負(fù)功，動能減小，由動能定理：?mg'2R=由此可以得到待求的初速度。學(xué)生借鑒例題1，自主解決例題22、圖示學(xué)習(xí)階段教師從兩方面引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)兩道題：一是該習(xí)題的情境，而是解決思路。教師加以總結(jié)、提煉，形成該類習(xí)題的問題圖示（詳見上文“問題圖示部分”）。強(qiáng)度等效重力、等效重力加速度、等效最高點(diǎn)、最低點(diǎn)的概念以及確定方法。3、學(xué)生練習(xí)運(yùn)用圖示解決問題如圖所示，在電場強(qiáng)度大小E＝1×104N/C的水平勻強(qiáng)電場中，有一根長l＝15cm的絕緣細(xì)線，一端固定在O點(diǎn)，另一端系一個質(zhì)量m＝3g、電荷量q＝3×10－6C的帶正電小球，當(dāng)細(xì)線處于水平位置時，小球從靜止開始釋放，g取10m/s2.求：(1)小球從開