高中物理復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題處理方法探研

傅祥

摘 要：復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題一般是電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的兩兩組合，或是三場(chǎng)合一。學(xué)生在進(jìn)行復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題處理時(shí)，首先弄清楚題目中的復(fù)合場(chǎng)是由哪些場(chǎng)組成的，然后運(yùn)用相關(guān)的物理學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和解決，往往能取得良好的效果。文章結(jié)合具體題型，對(duì)高中物理復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題處理方法進(jìn)行探研。

關(guān)鍵詞：高中物理；復(fù)合場(chǎng)；問(wèn)題；處理方法；分析；探研

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-3561（2019）02-0086-01

電場(chǎng)和磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，有很強(qiáng)的綜合性，對(duì)學(xué)生的能力要求很高。高中物理復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題的處理需要學(xué)生找準(zhǔn)問(wèn)題的切入點(diǎn)，從問(wèn)題的特殊狀態(tài)入手，找準(zhǔn)復(fù)合場(chǎng)中的平衡狀態(tài)，特別是對(duì)于一些帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，需要學(xué)生結(jié)合已知條件，尋找對(duì)粒子起作用的多種力，其關(guān)鍵點(diǎn)是多種力作用的平衡狀態(tài)。在復(fù)合場(chǎng)中，粒子一般會(huì)受到重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力等力的作用，這就要求學(xué)生能夠?qū)ρ芯繉?duì)象所受的不同性質(zhì)的力進(jìn)行分析，運(yùn)用力學(xué)的知識(shí)進(jìn)行物體運(yùn)動(dòng)軌跡或是速度的推斷和計(jì)算。因此，復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題最終會(huì)轉(zhuǎn)化成力學(xué)問(wèn)題和運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。

一、無(wú)約束復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題

無(wú)約束復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題，主要是對(duì)粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)受力以及運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析。此類(lèi)問(wèn)題需要學(xué)生以力學(xué)的受力分析為基礎(chǔ)，從粒子達(dá)到受力平衡的狀態(tài)入手進(jìn)行分析，確定粒子平衡狀態(tài)的條件是解決此類(lèi)復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合場(chǎng)中的重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力中的任意兩個(gè)或三個(gè)的合力在某個(gè)方向上平衡，即合力為零時(shí)，即可以列出相關(guān)的方程，無(wú)約束復(fù)合場(chǎng)的問(wèn)題基本就能順利處理了。

例1：如圖，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上（與紙面平行），磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc。已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。下列選項(xiàng)正確的是（ ）。A.ma>mb>mc，B.mb>ma>mc，C.mc>ma>mb，D.mc>mb>ma。

解析：本題是一道高考試題，主要考查帶電微粒在復(fù)合場(chǎng)中的問(wèn)題，題中涉及到重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力。由于三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，因此，其受到的電場(chǎng)力F電一樣，方向豎直向上；根據(jù)微粒a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)可以得出微粒a所受的重力和電場(chǎng)力平衡，即F電a=Ga=mag；根據(jù)微粒b在紙面內(nèi)向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)可以得出微粒b所受到的重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力三力平衡，其洛倫茲力根據(jù)右手定則可以判斷出方向豎直向上，即F電b+F洛b=Gb=mbg；根據(jù)微粒c在紙面內(nèi)向左做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)可以得出微粒c所受到的重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力三力平衡，其洛倫茲力根據(jù)右手定則可以判斷出方向豎直向下，即F電c-F洛c=Gc=mcg，由于F電a= F電b=F電c，則mb>ma>mc。

二、有約束復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題

有約束的復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題主要是帶電粒子受到除了重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力中的兩個(gè)或多個(gè)力之外，還受到一些其他條件的約束，比如在絕緣的空心管中、穿在絕緣細(xì)線(xiàn)上等，這就約束了粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，使粒子的受力狀態(tài)存在著不確定性。對(duì)于這類(lèi)有約束的復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題，教師需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分類(lèi)討論，將所學(xué)的力學(xué)知識(shí)運(yùn)用到復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題的分析中，通過(guò)不同合力可能產(chǎn)生的效果和作用，對(duì)合力方向進(jìn)行討論，從而對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行全面的分析，有效地解決問(wèn)題。

例2：一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電小球，其帶電量為q，密封在一個(gè)絕緣的空心管中，小球可以上下移動(dòng)，小球與絕緣空心管之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ（如圖所示），現(xiàn)在給空心絕緣管加上沿水平方向的且互相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（磁感應(yīng)強(qiáng)度為B）和勻強(qiáng)電場(chǎng)（電場(chǎng)強(qiáng)度為E），小球由靜止開(kāi)始下滑。 求：帶電小球下滑過(guò)程中的最大速度和加速度分別是多少？

總之，復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題涉及高中物理力學(xué)、能量守恒、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等內(nèi)容，是高考的熱點(diǎn)問(wèn)題。解決復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題一般要以粒子所受力的平衡條件為突破口，教師在教學(xué)中要先引導(dǎo)學(xué)生對(duì)復(fù)合場(chǎng)進(jìn)行分析，弄清楚粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到幾個(gè)力的作用，然后以合力的平衡對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和解決，這樣能夠取得事半功倍的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮麗霞，蔣大橋，馮秀梅.同伴教學(xué)法的中學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐探索——以“粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”為例[J].課程·教材·教法，2014（09）.

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