帶電粒子在復合場中的運動問題探究

■甘肅省定西市安定區東方紅中學 高 祥

一、高中物理中帶電粒子在復合場中運動的概述

復合場，是指重力、磁場、電場同時存在的場所，而帶電粒子在復合場中的運動情況主要分為以下幾種：1.帶電粒子在復合場中的直線運動。（1）粒子運動的方向與磁場呈現平行的狀態，電場力和粒子的重力持平，并進行勻速直線運動；（2）粒子的運動方向與磁場垂直，此時，粒子所受的洛倫磁力、電場力能夠與重力保持平衡，從而進行勻速直線運動。

2.帶電粒子在復合場中的曲線運動。（1）圓周運動，即當帶電粒子所受電場力的作用方向與重力相反，粒子運動方向垂直于磁場方向，此時的洛倫磁力作為向心力，會使粒子在垂直于磁場的平面中，進行勻速圓周運動；（2）曲線運動，即如果帶電粒子受到的合外力大小、方向等不斷變化，帶電粒子就會在復合場中進行非勻變速的曲線運動。

3.帶電粒子在復合場中的分階段運動。在復合場中帶電粒子分階段運動的原因是粒子往往處于幾個并列場構成中，通過不同區域場時，粒子運動性質則會發生相對應的改變。解題過程中，應對不同場中粒子所表現出的受力情況進行了解，并認識到其同運動速度之間存在的關系，然后準確地將受力分析圖繪制出來。當帶電粒子同時通過不同情況的復合場區域時，其運動情況也會發生相對應的改變，所以應分階段分析不同粒子具體受力情況。

二、帶電粒子在復合場中運動的解題思路

1.正確分析帶電粒子的受力及運動特征是解決問題的前提。對于這一問題的解答，應了解帶電粒子受力情況及具體運動特點，并對這一過程進行全面分析。首先，應了解帶電粒子在復合場中受到了哪一種力，方向是什么，同時該粒子所受到的合外力是什么，最開始運動狀態表現是什么，這些是我們在解決問題時必須重點思考的。復合場合外力為零時，帶電粒子表現為勻速運動，如果外合力發生變化，則運動方向與速度方向則不會在同一直線上，其運動軌跡不是拋物線，也不是圓弧。

2.靈活選用力學規律是解決問題的關鍵。當帶電粒子在復合場中表現為勻速運動時，可根據平衡條件列舉方程式解答問題，而對于勻速運動這一過程，可基于牛頓第二定律與平衡條件予以相互串聯，建立相對應的方程式進行求解。

3.利用功和能或沖量、動量的觀點。對于這一問題的解決，可借助功和能活沖量、動量之間的關系。例如，洛倫茲力方向同運動方向互相垂直，所以大多數情況下帶電粒子在復合場中的運動軌跡表現為任意曲線，因此應基于力做功的特征進行分析，可運用動能定理來解決問題。

4.認真分析運動過程的細節，充分挖掘題中的隱含條件。在這一問題解決中，應注意力與運動相互制約的關系，營造形象、生動的物理情境，對問題的實質予以全方位剖析，將物理模型轉變為數學模型，從而有效解決問題。

三、結語

對于帶電粒子在復合場中運動的問題，如果解題思路不對，則極易進入誤區，所以應對有關概念予以熟悉，并借助力學、數學等一系列知識，積極發揮空間想象能力，模擬出帶電粒子在復合場中的具體運動情況，再基于力學與數學等知識進行解題，引導學生養成科學的解題習慣，從容不迫地應對這一類問題。