上次说到带电粒子在云强电场中受到重力和电场力时,可以使用等效重力法将重力和电场力的合力看成等效重力,这样就可以方便理解运动过程了。这次来具体算一算这个问题中导线受到的拉力最大是多少?
根据单摆的知识,小球的平衡位置在这,沿着等效重力的方向,这里小球速度最大,绳子的拉力也最大。为了计算这个拉力,还需要一些已知量,即细线长度vl云强电场的场强为E,并且已知电场力小于重力,小球从数值位置由静止释放以致列清楚了。
正式开始算最大拉力还是用等效重力的观念来看,根据牛顿第二定律,拉力和等效重力的合力充当原装运动的向心力。在这个式子里等效重力f其实是重力和电场力的合力,它的大小容易计算,所以整个式子中只要再求出速度v就能算出拉力梯了。
速度要怎么算?对了,可以利用动能定理,动能的增加量就等于核外力做工选择从开始到平衡位置的过程,这样出动能就是零。
弓是谁做的?绳子拉力始终和运动方向垂直,不做弓,只有等效重力对小球做弓。物体在等效重力的方向上移动的距离是这一段,整条线是l,上面这节是l,cosinect,因此这段位移就是它俩的叉l乘以一减cosinect,于是等效重力做工就是f长乘l括号一减cosinect,它等于始末都能差,从这个式子就可以解除v了。
不过需要的其实不是v而是m,v方b l,因此只要整体变形就可以了,它等于二f括号一减ct,把这带入到力的方程里去就可以得到拉力了。不过要注意f和ct都不是已知量,还需要把它们表示出来。
先整理一下这个式子,它是三f减去二倍的fq三ct,这个fq三ct是什么?在这个三角形里看一看,这是ctct,ctct就是重力mg,这就好办了,把它和f的大小都带入式子里就能顺利表示出拉力t的大小了。
刚才的计算中动能定理时直接使用了等效重力的功,其实也可以换个角度,它是重力和电场力的合力,因此也可以不用等效重力法,而是分别求这两个力的功来试着计算一下。
重力做工看高度升高了这么多,这个高度是l乘上一减ct,它乘上mg就是重力的工了,别忘了这是个复工。再看电场力做工,这就要看沿电场线方向的位移,容易看出这是lsenc,它乘上eq就是电场力的工了。这两个工加起来跟直接算等效重力的工结果应该是一样的,这也不太明显,我带你推导一下。
这里有eq,但想要的结果里只有f,因此得把它俩换成f。容易看出mg就是f,cosine ctr e q就是fsent,把它俩带入进来。
接下来仔细整理这个式子,这里有ct方ct,数学课上学过,它俩的和就是一,这样就跟直接写等效重力的功一模一样了。
以上就是这个视频的全部内容,使用等效重力法解决问题时可以直接用等效重力的功来列动能定理,也可以分别写出重力和电场力的功再加起来,结果是一样的。你明白了吗?明白了就去刷题吧。
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