5.18(读背)等效法处理重力场和电场的复合场问题

难点分析：为了方便后续处理方法的迁移，必须首先搞清“等效重力场”中的部分概念与复合之前的相关概念之间关系。具体对应如下：

等效重力场： 重力场、电场叠加而成的复合场。 等效重力： 重力、电场力的合力。

等效重力加速度： 等效重力与物体质量的比值。 等效“最低点”： 物体自由时能处于稳定平衡状态的位置。 等效“最高点”： 物体圆周运动时与等效“最低点”关于圆心对称的位置。 等效重力势能： 等效重力大小与物体沿等效重力场方向“高度”的乘积。 突破策略

在解答重力不可忽略的带电物体在匀强电场中运动问题及相关的能量问题时，我们常采用的方法是：把物体的运动分解成沿重力和电场力方向的两个分运动，然后根据要求解答有关的问题。用该种方法处理一些电场问题时，显的烦琐。根据匀强电场和重力场的等效性，如果把重力场和匀强电场两场的问题转化为一个场的问题——建立“等效重力场”来处理该类有些题目，就会显得简洁，而且便于理解。

“等效重力场”建立方法

当一个质量为m 、带电量为q 的物体同时处在重力场和场强为E 的匀强电场中，可将两场叠加为一个等效的重力场。等效重力场的“重力加速度”可表示为qE

g g m

'=+

，g '的方向与重力mg 和电场力qE 合力的方向一致；若合力的方向与重力mg 方向夹角为θ，则g 也可表示为cos g

g θ

=

。 解题应用解圆周运动

例. 如图所示，在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O ，用一根长度0.40m L =的绝缘细绳把质量为0.10kg m =、带有正电荷的金属小球悬挂在O 点，小球静止在B 点时细绳与竖直方向的夹角为37θ=。现将小球拉至位置A 使细线水平后由静止释放，求：

⑴小球通过最低点C 时的速度的大小； ⑵小球在摆动过程中细线对小球的最大拉力。 （2

10m/s g =，sin 370.60=，cos370.80=）

解析： ⑴建立“等效重力场”如图8所示，“等效重力加速度”g '， 方向：与竖直方向的夹角30，大小： 1.25cos 37

g

g g '=

=

由A 、C 点分别做绳OB 的垂线，交点分别为A'、C'，由动能定理得带电小球从A 点运动到C 点等效重力做功

2

1m ()(cos sin )2

OA OC C

g L L mg L mv θθ''''-=-= 代入数值得 1.4C v ≈m/s

（2）当带电小球摆到B 点时，绳上的拉力最大，设该时小球的速度为B v ，绳上的拉力为F ，则

21sin 2B mg L L mv θ'-=（） ① 2B v F mg m

L

'-=

②

联立①②两式子得 2.25F =N 。

O A B

C

E

θ

L

+

θ g'

O

A

B

C

θ

A'

C'

+

水平电场做法类似