帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題探究

■甘肅省定西市安定區(qū)東方紅中學(xué) 高 祥

一、高中物理中帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的概述

復(fù)合場(chǎng)，是指重力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)同時(shí)存在的場(chǎng)所，而帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況主要分為以下幾種：1.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)。（1）粒子運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)呈現(xiàn)平行的狀態(tài)，電場(chǎng)力和粒子的重力持平，并進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)；（2）粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直，此時(shí)，粒子所受的洛倫磁力、電場(chǎng)力能夠與重力保持平衡，從而進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)。

2.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)。（1）圓周運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)帶電粒子所受電場(chǎng)力的作用方向與重力相反，粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場(chǎng)方向，此時(shí)的洛倫磁力作為向心力，會(huì)使粒子在垂直于磁場(chǎng)的平面中，進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)；（2）曲線運(yùn)動(dòng)，即如果帶電粒子受到的合外力大小、方向等不斷變化，帶電粒子就會(huì)在復(fù)合場(chǎng)中進(jìn)行非勻變速的曲線運(yùn)動(dòng)。

3.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的分階段運(yùn)動(dòng)。在復(fù)合場(chǎng)中帶電粒子分階段運(yùn)動(dòng)的原因是粒子往往處于幾個(gè)并列場(chǎng)構(gòu)成中，通過不同區(qū)域場(chǎng)時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)性質(zhì)則會(huì)發(fā)生相對(duì)應(yīng)的改變。解題過程中，應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)中粒子所表現(xiàn)出的受力情況進(jìn)行了解，并認(rèn)識(shí)到其同運(yùn)動(dòng)速度之間存在的關(guān)系，然后準(zhǔn)確地將受力分析圖繪制出來。當(dāng)帶電粒子同時(shí)通過不同情況的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域時(shí)，其運(yùn)動(dòng)情況也會(huì)發(fā)生相對(duì)應(yīng)的改變，所以應(yīng)分階段分析不同粒子具體受力情況。

二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的解題思路

1.正確分析帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)特征是解決問題的前提。對(duì)于這一問題的解答，應(yīng)了解帶電粒子受力情況及具體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并對(duì)這一過程進(jìn)行全面分析。首先，應(yīng)了解帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受到了哪一種力，方向是什么，同時(shí)該粒子所受到的合外力是什么，最開始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表現(xiàn)是什么，這些是我們?cè)诮鉀Q問題時(shí)必須重點(diǎn)思考的。復(fù)合場(chǎng)合外力為零時(shí)，帶電粒子表現(xiàn)為勻速運(yùn)動(dòng)，如果外合力發(fā)生變化，則運(yùn)動(dòng)方向與速度方向則不會(huì)在同一直線上，其運(yùn)動(dòng)軌跡不是拋物線，也不是圓弧。

2.靈活選用力學(xué)規(guī)律是解決問題的關(guān)鍵。當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中表現(xiàn)為勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可根據(jù)平衡條件列舉方程式解答問題，而對(duì)于勻速運(yùn)動(dòng)這一過程，可基于牛頓第二定律與平衡條件予以相互串聯(lián)，建立相對(duì)應(yīng)的方程式進(jìn)行求解。

3.利用功和能或沖量、動(dòng)量的觀點(diǎn)。對(duì)于這一問題的解決，可借助功和能活沖量、動(dòng)量之間的關(guān)系。例如，洛倫茲力方向同運(yùn)動(dòng)方向互相垂直，所以大多數(shù)情況下帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡表現(xiàn)為任意曲線，因此應(yīng)基于力做功的特征進(jìn)行分析，可運(yùn)用動(dòng)能定理來解決問題。

4.認(rèn)真分析運(yùn)動(dòng)過程的細(xì)節(jié)，充分挖掘題中的隱含條件。在這一問題解決中，應(yīng)注意力與運(yùn)動(dòng)相互制約的關(guān)系，營造形象、生動(dòng)的物理情境，對(duì)問題的實(shí)質(zhì)予以全方位剖析，將物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型，從而有效解決問題。

三、結(jié)語

對(duì)于帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題，如果解題思路不對(duì)，則極易進(jìn)入誤區(qū)，所以應(yīng)對(duì)有關(guān)概念予以熟悉，并借助力學(xué)、數(shù)學(xué)等一系列知識(shí)，積極發(fā)揮空間想象能力，模擬出帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的具體運(yùn)動(dòng)情況，再基于力學(xué)與數(shù)學(xué)等知識(shí)進(jìn)行解題，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的解題習(xí)慣，從容不迫地應(yīng)對(duì)這一類問題。