关于带电粒子在“场”中运动的点滴谈

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  中学物理所涉及到的“场”有:重力场、电场、磁场.带电粒子在“场”中运动的问题注重与力学规律相结合,其综合性强、物理过程较为复杂,又比较抽象.因此这一块的题型主要用于考查学生的分析综合能力,空间想象能力及应用数学知识处理物理问题的能力等.带电粒子在“场”中运动的问题是历年高考试题中考点分布较多的重点内容之一.在教学过程中我们可把重点放在对各种“场”的基本概念、基本性质的理解和灵活应用中.在这里,笔者就对解析这部分问题的方法做一些总结,并选取一部分例题做分析,供参考.
  一、解题策略
  1.带电粒子在“场”中运动一般会出现以下几种题型
  在重力场中运动;在电场中运动;在磁场中运动;在叠加场中运动(磁场与重力场叠加;电场与重力场叠加;磁场与电场叠加;重力场、电场、磁场叠加).
  2.处理带电粒子在“场”中运动一般的解题思路和方法可归纳如下
  (1)首先要正确分析受力情况(除重力、弹力、摩擦力以外,还要注意分析电场力、磁场力)和运动特征
  ①当带电粒子在“场”中所受合外力为零时,其将做匀速直线运动.
  ②当带电粒子受不为零的恒定合外力,且合力与运动方向在同一条直线上时,其将做匀变速直线运动.
  ③当带电粒子受除洛伦磁力以外的其他外力合力为零时,此时洛伦磁力提供向心力,带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动.
  ④当带电粒子所受合外力是变力,且与初速度方向不在同一条直线上,粒子将做非匀变速曲线运动.这时粒子运动的轨迹既不是圆弧也不是抛物线,其运动过程一般要分为几个不同的运动段来分析.
  当然,如果是已知运动状态反过来可根据运动去判断其受力特点.
  (2)根据带电粒子在“场”中的运动状态,再灵活利用力学规律来解决问题
  ①当带电粒子在做匀速直线运动,一般可根据共点力的平衡条件列平衡方程求解.
  ②当带电粒子做匀变速直线运动,往往应用牛顿第二定律及运动学公式列方程求解.
  ③当带电粒子做非匀变速曲线运动,一般应选用动能定理或能量守恒定律来列方程求解.如果其中又有涉及到两个粒子的碰撞问题,还要根据动量守恒定律列方程,再与其它的方程联立求解.
  ④当带电粒子的运动情况多变时,一般会出现临界问题,这时应抓住题中一些关键词:如“最大”“最高”“恰好”“至少”等,然后以此为解题突破口,挖掘隐含条件,接着根据临界条件列出对应的方程求解.
  二、例题分析
  1.正交分解法:如果带电体的运动是复杂的则可通过运动的合成与分解的方法将其分解为正交的两个较为简单的运动.然后再根据运动的独立性和同时性,去选取研究对象(一般选运动性质简单的分运动来分析),这样可使解答变得极为简捷.
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  不计重力.求:(1)电场强度的大小;
  (2)粒子到达p2时速度的大小和方向;(3)磁感应强度的大小.
  [TP<9W5
  .tif>,BP#][TS(][HT5”SS][JZ]图1 图2
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  解析:(1)粒子在电场、磁场中运动的轨迹如图2所示.
  设粒子从p1到p2的时间为t,电场强度的大小为E,粒子在电场中
  加速度为a,由牛顿第二定律及运动学公式有:
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