巧用運動分解法 妙解滾輪線運動

宋嘯中

(陜西省寶雞中學,陜西 寶雞 721013)

·試題研究·

巧用運動分解法 妙解滾輪線運動

宋嘯中

(陜西省寶雞中學,陜西 寶雞 721013)

帶電粒子在復合場中若所受洛倫茲力與電場力(或重力)不平衡,運動軌跡為滾輪線。本文針對這類問題的特點,探討了一種運動分解的方法,將帶電粒子復雜的曲線運動分解為勻速直線運動和勻速圓周運動加以研究,物理情景清晰,可使問題化繁為簡。

帶電粒子;復合場;運動分解;滾輪線運動

1 問題的提出

帶電粒子在正交的勻強磁場和勻強電場(或重力場)所形成的復合場中運動,這類問題近年來在高考、自主招生考試及物理競賽中均有涉及。若所受洛倫茲力與電場力(或重力)不平衡,電場力(或重力)會改變粒子的速度,而速度的變化又會使洛倫茲力不斷變化,使粒子做復雜的曲線運動,學生難以形成清晰的物理情景,問題求解就顯得很困難,常規方法難于求解此類問題。

2 解決方法

針對這類問題的特點,本文探討了一種運動分解的方法,將這種復雜的曲線運動分解為兩個簡單運動,物理情景更清晰,使問題的解決也變得簡單。若給帶電粒子附加一對等大反向的速度(這并不影響帶電粒子的運動)或對帶電粒子的初速度進行分解,由于帶電粒子所受電場力(或重力)為恒力,使其中與一個速度對應的洛倫茲力與電場力(或重力)平衡,則該速度對應的分運動為勻速直線運動;另一速度對應的分運動就僅受洛倫茲力而做勻速圓周運動,這樣就可將帶電粒子復雜的曲線運動分解為勻速直線運動和勻速圓周運動加以研究，現結合近幾年的典型考題加以具體分析。……