高中物理復(fù)合場問題的學(xué)習(xí)體會

王汝琳

【摘要】復(fù)合場是高中物理學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容，也是難點內(nèi)容。要比較 順利地解決復(fù)合場問題，需要深刻理解復(fù)合場的內(nèi)涵，掌握復(fù)合場中電場、磁場、重力場及其相互之間的規(guī)律性關(guān)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(guān)鍵詞】高中物理 復(fù)合場 學(xué)習(xí)體會

對于我們高中生而言，將力學(xué)和電磁學(xué)知識融合為一體的復(fù)合場問題，既考察了我們是否牢固掌握了相關(guān)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(xué)習(xí)，在老師的指點和引導(dǎo)下，我逐步掌握了解決高中物理復(fù)合場問題的一般性規(guī)律，并形成了比較深刻的學(xué)習(xí)體會。現(xiàn)報告如下，以便與各位同學(xué)交流和分享。

一、高中物理復(fù)合場問題的內(nèi)涵

在高中物理中，所謂的復(fù)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(fù)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(guān)系。在復(fù)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(guān)，洛倫茲力永不做功。復(fù)合場知識廣泛應(yīng)用于科學(xué)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(fù)合場的身影。可以說：解決帶點粒子在復(fù)合場中運動的問題，需要綜合運用力學(xué)的動力學(xué)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(fù)合場問題的解題分析

要解決復(fù)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(guān)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(yīng)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(dāng)我們明確了帶電粒子在復(fù)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(dāng)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(guān)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(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)水平向左，由左手定則知，磁場的方向應(yīng)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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