高中物理復合場問題處理方法探研

傅祥

摘 要：復合場問題一般是電場、磁場、重力場的兩兩組合，或是三場合一。學生在進行復合場問題處理時，首先弄清楚題目中的復合場是由哪些場組成的，然后運用相關的物理學知識進行分析和解決，往往能取得良好的效果。文章結合具體題型，對高中物理復合場問題處理方法進行探研。

關鍵詞：高中物理；復合場；問題；處理方法；分析；探研

中圖分類號：G633.7 文獻標志碼：A 文章編號：1008-3561（2019）02-0086-01

電場和磁場的復合場問題是高中物理學習的重點和難點，有很強的綜合性，對學生的能力要求很高。高中物理復合場問題的處理需要學生找準問題的切入點，從問題的特殊狀態入手，找準復合場中的平衡狀態，特別是對于一些帶電粒子在復合場中的運動，需要學生結合已知條件，尋找對粒子起作用的多種力，其關鍵點是多種力作用的平衡狀態。在復合場中，粒子一般會受到重力、電場力、洛倫茲力等力的作用，這就要求學生能夠對研究對象所受的不同性質的力進行分析，運用力學的知識進行物體運動軌跡或是速度的推斷和計算。因此，復合場問題最終會轉化成力學問題和運動學問題。

一、無約束復合場問題

無約束復合場問題，主要是對粒子在復合場中的運動受力以及運動軌跡進行分析。此類問題需要學生以力學的受力分析為基礎，從粒子達到受力平衡的狀態入手進行分析，確定粒子平衡狀態的條件是解決此類復合場問題的關鍵。一般來說，復合場中的重力、電場力、洛倫茲力中的任意兩個或三個的合力在某個方向上平衡，即合力為零時，即可以列出相關的方程，無約束復合場的問題基本就能順利處理了。

例1：如圖，空間某區域存在勻強電場和勻強磁場，電場方向豎直向上（與紙面平行），磁場方向垂直于紙面向里，三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質量分別為ma、mb、mc。已知在該區域內，a在紙面內做勻速圓周運動，b在紙面內向右做勻速直線運動，c在紙面內向左做勻速直線運動。下列選項正確的是（ ）。A.ma>mb>mc，B.mb>ma>mc，C.mc>ma>mb，D.mc>mb>ma。

解析：本題是一道高考試題，主要考查帶電微粒在復合場中的問題，題中涉及到重力、電場力和洛倫茲力。由于三個帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，因此，其受到的電場力F電一樣，方向豎直向上；根據微粒a在紙面內做勻速圓周運動可以得出微粒a所受的重力和電場力平衡，即F電a=Ga=mag；根據微粒b在紙面內向右做勻速直線運動可以得出微粒b所受到的重力、電場力和洛倫茲力三力平衡，其洛倫茲力根據右手定則可以判斷出方向豎直向上，即F電b+F洛b=Gb=mbg；根據微粒c在紙面內向左做勻速直線運動可以得出微粒c所受到的重力、電場力和洛倫茲力三力平衡，其洛倫茲力根據右手定則可以判斷出方向豎直向下，即F電c-F洛c=Gc=mcg，由于F電a= F電b=F電c，則mb>ma>mc。

二、有約束復合場問題

有約束的復合場問題主要是帶電粒子受到除了重力、電場力和洛倫茲力中的兩個或多個力之外，還受到一些其他條件的約束，比如在絕緣的空心管中、穿在絕緣細線上等，這就約束了粒子的運動軌跡，使粒子的受力狀態存在著不確定性。對于這類有約束的復合場問題，教師需要引導學生進行分類討論，將所學的力學知識運用到復合場問題的分析中，通過不同合力可能產生的效果和作用，對合力方向進行討論，從而對粒子的運動狀態進行全面的分析，有效地解決問題。

例2：一個質量為m的帶正電小球，其帶電量為q，密封在一個絕緣的空心管中，小球可以上下移動，小球與絕緣空心管之間的動摩擦因數為μ（如圖所示），現在給空心絕緣管加上沿水平方向的且互相垂直的勻強磁場（磁感應強度為B）和勻強電場（電場強度為E），小球由靜止開始下滑。 求：帶電小球下滑過程中的最大速度和加速度分別是多少？

總之，復合場問題涉及高中物理力學、能量守恒、電場、磁場等內容，是高考的熱點問題。解決復合場問題一般要以粒子所受力的平衡條件為突破口，教師在教學中要先引導學生對復合場進行分析，弄清楚粒子在運動過程中受到幾個力的作用，然后以合力的平衡對問題進行分析和解決，這樣能夠取得事半功倍的教學效果。

參考文獻：

[1]馮麗霞，蔣大橋，馮秀梅.同伴教學法的中學物理教學實踐探索——以“粒子在場中的運動”為例[J].課程·教材·教法，2014（09）.

[2]趙浩波.高中物理動態平衡問題解法探析[J].湖南中學物理，2018（08）.