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高中物理重点专题:带电粒子在重力场和电场中的运动

更新时间:作者:小小条

该专题核心是将重力与电场力合成“等效重力”,再类比单一场(重力场/电场)中的运动模型(直线、平抛、圆周)分析,关键在于受力分析和运动分解。

一、核心受力分析:先判断“重力是否需要考虑”

这是解题第一步,直接决定后续分析方向:

高中物理重点专题:带电粒子在重力场和电场中的运动

• 必须考虑重力的粒子:宏观带电体(如带电小球、液滴、尘埃),题目未明确“忽略重力”时,默认重力、电场力均为受力。

• 可忽略重力的粒子:微观带电粒子(如电子、质子、α粒子、离子),题目未明确“考虑重力”时,仅分析电场力。

二、三大典型运动模型

1. 直线运动(匀速/匀变速)

2. 类平抛运动

示例:

带正电小球以水平初速度 v_0 进入“水平向左的匀强电场”,竖直方向受重力、水平方向受电场力,运动分解为“水平匀变速+竖直自由落体”。

3. 类圆周运动

核心条件:

• 粒子在“重力+匀强电场”中,受细线/轨道约束做圆周运动,等效重力恒定,类比重力场中的圆周运动分析“临界位置”。

关键分析点:

1. 等效重力 G':重力 mg 与电场力 qE 的矢量和,方向为“等效重力方向”。

2. 临界位置(类比“最高点”):

示例:

带负电小球在“竖直向上的匀强电场”中,用细线悬挂做圆周运动,等效重力方向可能竖直向下(若 mg > qE)或竖直向上(若 qE > mg),需先确定等效重力方向,再找临界位置。

三、解题通用步骤

1. 受力分析:明确重力、电场力(大小 F=qE,方向:正电荷与电场方向相同,负电荷相反),计算合外力。

2. 判断运动类型:根据“初速度方向”与“合外力方向”的关系,确定是直线、类平抛还是类圆周运动。

3. 选规律求解:

◦ 类平抛:正交分解,分别用“匀速规律”和“匀加速规律”列方程,联立时间 t 求解。

◦ 类圆周:先找等效重力和临界位置,用“向心力公式”求临界速度,再结合动能定理(合外力做功=动能变化)分析其他位置

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