巧用動量定理解決電磁場中粒子復(fù)雜運動的問題

摘 要：中學(xué)生在遇到電磁場中粒子運動問題時，一般采用畫粒子軌跡、尋求幾何關(guān)系的方法并結(jié)合有關(guān)力、能規(guī)律進行解題，但由于“雙新”背景下試題經(jīng)常會設(shè)置成多個交替電場、磁場的組合場或電磁場、重力場的疊加場情境，粒子運動就變得非常復(fù)雜，不太容易畫軌跡找關(guān)系.這時如果能注意關(guān)注到粒子洛倫茲力f與時間t的累加效果（沖量I_f）和始末狀態(tài)的速度變化（動量變化ΔP），利用動量定理就可以使這類復(fù)雜問題迎刃而解.

關(guān)鍵詞：電場；磁場；動量定理；動力學(xué)觀點；能量觀點

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）31-0098-04

收稿日期：2023-08-05

作者簡介：王漢權(quán)（1966-），男，江蘇省鹽城人，本科，中學(xué)正高級教師，特級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

基金項目：本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期立項課題“基于核心素養(yǎng)的物理仿真實驗與高中物理教學(xué)整合的實踐研究”（編號：2019JK13-L036）的中期性研究成果

1? 典型案例研究

1.1 模型建構(gòu)剖析

1.2 思路變換求新

1.3 方法總結(jié)體悟

2? 規(guī)律遷移運用

2.1 粒子在若干連續(xù)電場、磁場組合場中復(fù)雜運動的處理

2.2 粒子在電場、磁場等疊加場中復(fù)雜運動的處理

從案例剖析到解法變換，可以看到處理粒子復(fù)雜運動的問題有多種解題方法，但不管選用哪種解法，也不管試題設(shè)置情境或所給條件發(fā)生什么樣的新穎變化，解題中一定要養(yǎng)成認真分析粒子受力和過程變化的良好習(xí)慣，還要重視一些關(guān)鍵信息的審題（如水平速度、最大速度、曲率半徑、恰好離開磁場等），然后就可以嘗試采用動力學(xué)或能量的觀點進行解題.當然如果發(fā)現(xiàn)仍然無法求解或解題過于復(fù)雜、繁瑣等情況時，就應(yīng)當快速定位選用動量的觀點來解題.最后要說明一點是動量定理是反映合外力沖量與物體動量變化的規(guī)律， 因此使用動量定理時一定要構(gòu)建物體所受的合力沖量和對應(yīng)過程的動量變化的關(guān)聯(lián)，如在例3中，之所以輕松地用∑Bv_xq·Δt=mΔv_y求解y方向上速度變化，是因為粒子在y方向上僅存在由v_x引起的洛倫茲力f_y，但如果確實需要研究x方向上的運動情況，則需要加上電場力的沖量，建立∑（Eq-Bv_yq）·Δt=mΔv_x的方程，化簡得到Eq·t-Bq（y₁+y₂+…）=m（0-v₀），倒是可以求解出粒子在電場中總時間t或粒子在所有磁場中運動y的累加量.

參考文獻：［1］

李雪梅.運用“運動合成與分解思想”巧解復(fù)雜曲線運動問題 [J].湖南中學(xué)物理，2021（05）：81-82.

[2] 王佑璋.動量定理巧解恒力和洛倫茲力共同作用下的運動問題 [J].數(shù)理化解題研究，2017（28）：46-47.

[3] 林貴.用一把“鑰匙”速解粒子復(fù)雜運動的問題 [J].高中數(shù)理化，2013（23）：32-33.

［責(zé)任編輯：李 璟］