利用物理模型巧解带电粒子在电场中的运动问题

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运用较简单的物理模型来求解复杂的物理问题,是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、物理过程来研究和处理的一种科学思想方法,是物理学研究的一种重要方法.匀强电场有许多性质与重力场非常相似,所以在有些电场问题解题的过程中,可以将电场与重力场加以比较,将匀强电场等效类比为重力场中熟悉的模型问题就会变得简单一些,能起到“柳暗花明”的效果,同时也是一种思想的体现.如果我们能够利用好物理模型,就可以达到快速求解的效果.

一、利用抛体运动模型

仅在重力作用下的抛体运动(平抛运动、竖直上抛运动、竖直下抛运动、斜向上抛运动、斜向下抛运动)是我们比较熟悉的物理模型.其受力特点及运动特点都是比较典型的,可将其作为做题的工具与方法.


例1真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场.在电场中,若将一个质量为m、带正电的小球由静止释放,运动中小球的速度与竖直方向夹角为37°(取sin370等于0.6,cos370等于0.8).现将该小球从电场中某点以初速度v0竖直向上抛出.求运动过程中

(1)小球受到的电场力的大小及方向;

(2)小球从抛出点至最高点的电势能变化量;

(3)小球的最小动量的大小及方向.

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