高中物理復合場問題的學習體會

王汝琳

【摘要】復合場是高中物理學習的重點內(nèi)容，也是難點內(nèi)容。要比較 順利地解決復合場問題，需要深刻理解復合場的內(nèi)涵，掌握復合場中電場、磁場、重力場及其相互之間的規(guī)律性關系，分析出問題的隱含條件，從而化難為易，化繁為簡，得出正確的解答。

【關鍵詞】高中物理 復合場 學習體會

對于我們高中生而言，將力學和電磁學知識融合為一體的復合場問題，既考察了我們是否牢固掌握了相關知識和原理，更對我們的分析問題、解決問題能力提出了有力的挑戰(zhàn)。通過兩年多的高中物理學習，在老師的指點和引導下，我逐步掌握了解決高中物理復合場問題的一般性規(guī)律，并形成了比較深刻的學習體會?，F(xiàn)報告如下，以便與各位同學交流和分享。

一、高中物理復合場問題的內(nèi)涵

在高中物理中，所謂的復合場是指在同一空間存在著電場與磁場、電場與重力場、磁場與重力場，或者是三場疊加。帶電的粒子（或微粒）在這一空間可能會受到不同的場的作用力，而這些作用力的合力將決定粒子（或微粒）運動狀態(tài)、運動軌跡和表現(xiàn)出的物理過程。解決復合場問題不僅涉及到電場力、洛倫茲力和重力的求算，還與物體受力分析、力的合成與分解、直線運動、牛頓定律、動能定理、能量守恒、平拋和圓周運動等有密切的關系。在復合場中，電場力和重力往往不變，洛倫茲力始終與速度方向垂直；電場力和重力做功由始末位置決定，與路徑無關，洛倫茲力永不做功。復合場知識廣泛應用于科學研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，粒子的高能回旋加速、不同粒子的電磁篩選、磁流體發(fā)動機、電磁流量計等無不閃現(xiàn)著復合場的身影?？梢哉f：解決帶點粒子在復合場中運動的問題，需要綜合運用力學的動力學觀點、能量觀點和動量觀點，需要較強的空間想象能力、綜合分析能力和抽象思維能力。

二、高中物理復合場問題的解題分析

要解決復合場問題，首先要明確題中直接給出的條件和隱藏的條件，而隱藏的條件最常見的是重力是否需要考慮。有的資料說：電子、質(zhì)子、離子一般不考慮重力，帶電的微粒、顆粒、塵埃則需要考慮重力。我認為這不是絕對的，關鍵要看題中的帶電粒子受電場力、洛倫磁力后的運動形態(tài)。例如，一個帶電粒子能夠垂直勻強電場的場強方向直線穿過電場區(qū)域或一個帶電粒子能夠垂直勻強磁場的磁感應強度方向直線穿過磁場區(qū)，很顯然其中隱含著粒子的重力不能忽略的這一條件，正是重力在兩個區(qū)域與電場力和磁場力平衡，才會出現(xiàn)上述的運動狀態(tài)。當我們明確了帶電粒子在復合場中的受力情況后，用F=Eq、f=qBv和G=mg求算出粒子所受的電場力、磁場力和重力，運用力的合成和分解知識，得出粒子所受的合力。當然，有很多的問題是不需要全部直接求算電場力、磁場力和重力的，可以通過力的平衡關系間接得出。例如，一個帶電微粒（不能忽略重力）恰能在一個豎直方向的勻強電場和水平方向的勻強磁場的疊加區(qū)域做勻速圓周運動，這就說明是帶電微粒所受的電場力和其重力平衡，粒子在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，而其運動半徑則可根據(jù)洛倫磁力做向心力求出。

三、兩個典型例題的解析

例題1：一帶電液滴在如圖所示的正交的勻強電場和勻強磁場中運動。已知電場強度為E，豎直向下；磁感強度為B，垂直紙面向內(nèi)。此液滴在垂直于磁場的豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動（如圖1），軌道半徑為R。問：（1）液滴運動速率多大？（2）若液滴運動到最低點時平均分裂成兩個液滴，其中一個在原運行方向上作勻速圓周運動，半徑變?yōu)?R，圓周最低點與未分裂前相同，則另一液滴運動半徑多大？ 解析：對于問題（1），先設帶電液滴質(zhì)量為m，從Eq=mg，知液滴帶負電及q=mg/E，再由Bqv=mv2/R，得出v=BqR/m=BRg/E。而對于問題（2），先設半徑為3R的部分液滴速率為v1，，另一部分液滴速度為V2，則Bq/2v1=mv2/2/3R，知v1=3BqR/m=3BgR/E=3v。由動量守恒知：mv=1/2mv1+1/2mv2，得V2=-V.另一液滴半徑為r2=m/2·v2/Bq2=mv/Bq=R

例題2：如圖2是質(zhì)譜儀工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器，速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E，平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1、A2，s下方有磁感應強度為B的勻強磁場。下列表述正確的是（ ）A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具；B.速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外；c.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B；D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小

解析：粒子在題圖中的電場中加速，說明粒子帶正電，其通過速度選擇器時，電場力與洛倫茲力平衡，則洛倫茲力方向應水平向左，由左手定則知，磁場的方向應垂直紙面向外，故B選項正確；由Eq= Bqv可知，v- E/B，選項c正確；粒子打在膠片上的位置到狹縫的距離即為其做勻速圓周運動的直徑d=2mv/qB，可見d越小，則粒子的比荷越大，d不同，則粒子的比荷不同，因此利用該裝置可以分析同位素，A正確，D錯誤 參考文獻：

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