物理高考與競(jìng)賽中帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)問題解析思路

沈金賢

【摘 要】自古以來，考試在我國(guó)教育體制中占據(jù)著重要地位，古有科舉考試，今有中考、高考以及成人考試等。高考在一定程度上，對(duì)人的一生起著決定性作用。物理作為重要學(xué)科之一，對(duì)高考有重要影響。本文旨在通過對(duì)物理高考與競(jìng)賽中帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)問題解析進(jìn)行探究，進(jìn)而提出該類題型解題思路。

【關(guān)鍵詞】物理 高考 競(jìng)賽 帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng) 問題解析

近年來，我國(guó)各地有關(guān)教育部門紛紛開展了物理競(jìng)賽相關(guān)活動(dòng)，旨在通過物理競(jìng)賽來豐富學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生思維能力，幫助學(xué)生建立積極的思維模式。特別是近年來在高考中也存在物理競(jìng)賽的一些題目類型，這在一定程度上為學(xué)生順利通過高考奠定了基礎(chǔ)。

一、帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)所涉及的基本要點(diǎn)

在物理學(xué)科中，將復(fù)雜的問題進(jìn)行深度剖析、分解為簡(jiǎn)單的問題是物理解題思路的核心，以帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)為例，無論在高考還是物理競(jìng)賽中，無論題型設(shè)計(jì)有多復(fù)雜，歸根結(jié)底是對(duì)基本理論的深度思考。具體如下：

1.帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)

帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)其本質(zhì)屬于力學(xué)問題，帶電質(zhì)點(diǎn)的受力情況、運(yùn)動(dòng)曲線均比較復(fù)雜，通過對(duì)力學(xué)的基本規(guī)律對(duì)此類問題進(jìn)行解決，是帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)題型的關(guān)鍵所在。在具體分析帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中的受力情況時(shí)，要注意以下兩點(diǎn)：

第一，帶電質(zhì)點(diǎn)本身無論是否存在運(yùn)動(dòng)，其在重力場(chǎng)所受到的重力以及在勻強(qiáng)電場(chǎng)中所受到的電場(chǎng)力，都屬于恒力。帶電質(zhì)點(diǎn)所做的功與運(yùn)動(dòng)的路徑?jīng)]有任何關(guān)系，只與其開始位置和結(jié)尾位置在重力場(chǎng)之中的高度位置差或者在電場(chǎng)位置的電勢(shì)差有關(guān)。

第二，帶電質(zhì)點(diǎn)是否會(huì)受到洛倫茲力只取決于其在磁場(chǎng)中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并且?guī)щ娰|(zhì)點(diǎn)的運(yùn)行速度和磁場(chǎng)不平行時(shí)才會(huì)受力。受力的方向始終與力的運(yùn)行速度相垂直，力的大小因速度的改變而改變。

2.帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的基本模型

對(duì)帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)問題的解析，關(guān)鍵在于對(duì)帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中的常見的兩種運(yùn)動(dòng)基本模型進(jìn)行分析，具體如下：

帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)：通常情況下，帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)均為直線運(yùn)動(dòng)，但是在受洛倫茲力向心力的基礎(chǔ)上，當(dāng)帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中的電場(chǎng)力以及重力兩者相平衡時(shí)，此時(shí)，帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做較為復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中所受電場(chǎng)力、重力等不斷變化與質(zhì)點(diǎn)速度不再同一直線時(shí)，帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做較為復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，我們?cè)诮忸}過程中則要考慮用能量守恒定律、觀點(diǎn)來進(jìn)行解決問題。因此，帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)問題的解題的關(guān)鍵在于對(duì)帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中的受力情況、運(yùn)動(dòng)情況特點(diǎn)進(jìn)行分析，遵循能量守恒。

二、以典型例題為例對(duì)帶電質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)提出問題解析思路

2010年福建考試題：如圖所示的裝置，左半部為速度選擇器，右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場(chǎng)垂直的方向，立即進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)大小為E的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，最后打在照相底片D上。已知同位素離子的電荷量為q（q>0），速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場(chǎng)強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L(zhǎng)，忽略重力的影響。

第一，求從狹縫S2射出的離子速度V0的大??；

第二，若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿速度V0方向飛行的距離為X，求出X與離子質(zhì)量M之間的關(guān)系式（用E0、B0、E、q、m、L表示）。

具體解題思路：首先根據(jù)物體受力狀況和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)把物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類，選擇合適的物理定律來解決問題。本題考慮帶電質(zhì)子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)和勻速曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)共點(diǎn)力平衡和類平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律在解題過程中要能量守恒來解決問題。

解析過程：

（1）從速度選擇器射出的離子滿足公式為

qE0=qv0B0 ①

因此v0=

（2）在勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中帶電離子做類平拋運(yùn)動(dòng)，因此，

X=v0t ③

L=

綜上所述，物理解題思路的培養(yǎng)在物理教學(xué)中起著重要的作用，一方面，教師對(duì)中學(xué)生解題思路的培養(yǎng)，可以有效提高學(xué)生的解題能力，以應(yīng)對(duì)高考、物理競(jìng)賽等相關(guān)類型的考試，為學(xué)生邁向更高層次的學(xué)府奠定基礎(chǔ)；另一方面，學(xué)生物理學(xué)科解題思路的培養(yǎng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、分析問題、解決問題的能力，對(duì)學(xué)生日后成人有著重要的影響。因此，中學(xué)物理教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，更加要關(guān)注學(xué)生解題思路的培養(yǎng)與鍛煉，讓學(xué)生從根本上能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)進(jìn)行學(xué)以致用，舉一反三，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科教育的真正目的。

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