“一題多變”突破帶電粒子在疊加場中運動問題難點

【摘要】本文討論帶電粒子在疊加場中的運動問題，分為無約束和有約束兩種情況.無約束運動需綜合應(yīng)用受力分析和運動學方法，建立微分方程求解粒子運動規(guī)律.有約束運動可分四步：判斷約束條件，受力分析，運動分析及找規(guī)律列方程求解.通過兩個典型例題的詳細解析，展示解決此類問題的思路和方法.

【關(guān)鍵詞】電場運動；高中物理；帶電粒子

1 引言

帶電粒子在疊加場中的運動是高中物理的重要內(nèi)容，涉及電場、磁場、勻變速直線運動、平拋運動、圓周運動等多個知識點.學生在解答此類問題時常感到困難，主要原因在于情景設(shè)置復(fù)雜，需要綜合運用多種物理規(guī)律和數(shù)學方法，如受力分析、牛頓運動定律、動能定理、機械能守恒定律、電磁學等，學生往往難以找到清晰的思路.本文將探討帶電粒子在疊加場中運動這一類題目的解題思路和方法，幫助學生理清頭緒提高解題能力.

2 帶電粒子在疊加場中無約束運動問題

帶電粒子在疊加場中無約束運動問題即題目提到帶電粒子（帶電體）在疊加場中無輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道約束的情況下運動，需要綜合應(yīng)用受力分析和運動學方法.根據(jù)牛頓定律列出受力方程，再結(jié)合初始條件和能量守恒關(guān)系，最終求解出描述粒子運動的微分方程得到其運動規(guī)律.解決無約束疊加場問題的關(guān)鍵是要抓住場力合成這一物理本質(zhì)，靈活運用牛頓力學基本定律.

例1 如圖1，在一豎直平面內(nèi)建直角坐標系xOy，其第一象限存在正交的勻強電場E和勻強磁場B.電場方向初始為水平向右，磁場垂直紙面向里.一帶電荷量為+q、質(zhì)量為m的微粒，以與x軸正方向成45°角的初速度從原點出發(fā)，進入復(fù)合場并做直線運動.當微粒到達A（l，l）點時，電場方向突然變?yōu)樨Q直向上，粒子繼續(xù)運動一段時間后，恰好垂直穿出y軸.忽略一切阻力，求：

（1）電場強度E的大小;

（2）磁感應(yīng)強度B的大小;

（3）粒子在復(fù)合場中總的運動時間.

4 結(jié)語

通過對帶電粒子在疊加場中無約束運動和有約束運動兩類問題的分析探討，盡管題目情景各異但解題思路和方法卻有許多共通之處，關(guān)鍵在于準確把握運動過程中的受力情況，根據(jù)物理規(guī)律列出運動學方程，再結(jié)合初始條件等進行求解.這種“一題多變”的學習方式，不僅有助于學生熟練掌握物理規(guī)律和解題技巧，更重要的是培養(yǎng)了學生分析問題、簡化模型、數(shù)形結(jié)合等多方面的能力，對于增強學生物理直覺和開拓思維都有很大幫助.

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