高考物理備考 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)解題技巧

　　帶電粒子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)和在洛倫茲力作用下的運(yùn)動(dòng)，有著不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)電場(chǎng)力做功，使帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致粒子的速度方向和速度大小發(fā)生變化；當(dāng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力不做功，因此粒子的速度大小始終不變，只有速度方向發(fā)生變化。

　　在高考?jí)狠S題中，經(jīng)常出現(xiàn)把這二者的運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，讓帶電粒子分別通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，把兩種或者兩種以上的運(yùn)動(dòng)組合起來(lái)，全面考察我們隊(duì)各種帶電粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的掌握情況。求解這一類問(wèn)題，一方面我們要按照順序?qū)︻}目上給出的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分段分析，將復(fù)雜的問(wèn)題分解為一個(gè)一個(gè)的簡(jiǎn)單熟悉的物理模型，另一方面我們也要全面準(zhǔn)確分析相關(guān)過(guò)程中功能關(guān)系的變化，弄清楚各個(gè)狀態(tài)之間的能量變化，便于我們按照動(dòng)能定理或者能量守恒定律寫(xiě)方程。

　　在對(duì)帶電粒子在每個(gè)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀況分析時(shí)，要特別注意粒子在場(chǎng)與場(chǎng)交接處的運(yùn)動(dòng)情況，因?yàn)檫@一般是一個(gè)臨界狀態(tài)，一定要分析清楚此刻粒子的速度大小和方向以及相應(yīng)的位置關(guān)系，這通常對(duì)于進(jìn)入另一個(gè)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)有決定性的影響！

　　還有一些是兩場(chǎng)共存或者是三場(chǎng)共存的問(wèn)題，這些運(yùn)動(dòng)會(huì)更加復(fù)雜，但是他本質(zhì)上是一個(gè)力學(xué)問(wèn)題，只要我們掌握的相應(yīng)的規(guī)律，利用力學(xué)問(wèn)題的研究思路和基本規(guī)律，都是可以順利克服的！

　　對(duì)于帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力是否考慮分三種情況：

　　(1)對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力相比太小，可以忽略；而對(duì)于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力.

　　(2)在題目中有明確說(shuō)明是否要考慮重力的，這種情況按題目要求處理比較正規(guī)，也比較簡(jiǎn)單.

　　(3)不能直接判斷是否要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，要結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定是否要考慮重力.

　　類型一、分離的電場(chǎng)與磁場(chǎng)

　　帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)可以利用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，或者從電場(chǎng)力做功角度出發(fā)求出粒子進(jìn)入下一個(gè)場(chǎng)的速度。對(duì)于帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，要利用類平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解，結(jié)合牛頓定律和能量關(guān)系，求出粒子進(jìn)入下一個(gè)場(chǎng)的速度大小，再結(jié)合速度合成與分解之間的關(guān)系，速度偏轉(zhuǎn)角正切值與位移偏轉(zhuǎn)角正切值的關(guān)系求出速度方向。

　　帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其運(yùn)動(dòng)情況一般是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，解決粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，關(guān)鍵是確定粒子飛入點(diǎn)和飛出點(diǎn)的位置以及速度方向，再利用幾何關(guān)系確定圓心和半徑。值得注意的是，若帶電粒子從磁場(chǎng)中某個(gè)位置飛出后，再經(jīng)電場(chǎng)的作用在同一個(gè)位置以相同的速度大小再次飛入磁場(chǎng)中時(shí)，由于飛出和飛入速度方向相反，洛倫茲力的方向相反，粒子兩次在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡并不重合！

　　需要強(qiáng)調(diào)的是，帶電粒子從一個(gè)場(chǎng)進(jìn)入另外一個(gè)場(chǎng)，兩場(chǎng)之間的連接點(diǎn)是這類問(wèn)題的中樞，其速度是粒子在前一個(gè)場(chǎng)的某速度，是后一個(gè)場(chǎng)的初速度，再解決問(wèn)題時(shí)要充分利用這個(gè)位置信息。

　　類型二、多場(chǎng)并存的無(wú)約束運(yùn)動(dòng)

　　在解決復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題時(shí)應(yīng)首先弄清楚是哪些場(chǎng)共存，注意電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向以及強(qiáng)弱，以便確定帶電粒子在場(chǎng)中的受力情況。帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)如果沒(méi)有受到繩子，桿，環(huán)等的約束，則帶電粒子在空間中可以自由移動(dòng)，只受場(chǎng)力的作用。根據(jù)空間存在的場(chǎng)的不同，一般帶電粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同，通常可以分為以下幾類：

　　1、靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)

　　如果是重力場(chǎng)與電場(chǎng)共存，說(shuō)明電場(chǎng)力等于重力。

　　如果是重力場(chǎng)與磁場(chǎng)共存，說(shuō)明重力與洛倫茲力平衡。

　　如果是勻強(qiáng)磁場(chǎng)和電場(chǎng)共存。說(shuō)明電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡。

　　如果是重力場(chǎng)，電場(chǎng)，磁場(chǎng)三場(chǎng)共存。則粒子的運(yùn)動(dòng)情況分為兩類：（1）靜止，帶電粒子所受的重力和電場(chǎng)力平衡，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)不受洛倫茲力作用。（2）勻速直線運(yùn)動(dòng)，可能是重力與電場(chǎng)力平衡，但運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向在同一個(gè)直線上，故不受洛倫茲力作用；也可能是受到三個(gè)場(chǎng)力，這個(gè)時(shí)候運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向肯定不在一條直線上，這說(shuō)明三力平衡，一般結(jié)合正交分解法寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的方程即可。

　　2、勻變速直線運(yùn)動(dòng)或者勻變速曲線運(yùn)動(dòng)

　　一般存在于電場(chǎng)與重力場(chǎng)共存比較多，由于合力恒定，可以采取 等效重力場(chǎng)的方法。

　　3、勻速圓周運(yùn)動(dòng)

　　當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小相等，方向相反時(shí)，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．相當(dāng)于帶電粒子只受洛倫茲力作用的情況。

　　4、較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)

　　當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，且與初速度方向不在同一直線上，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線．比如螺旋式運(yùn)動(dòng)，這種情況一般不在高考的考察范圍之內(nèi)。

　　當(dāng)然，無(wú)論粒子做什么運(yùn)動(dòng)我們都要有一條清晰的思路幫助我們處理問(wèn)題：

　　(1)弄清復(fù)合場(chǎng)的組成.如磁場(chǎng)、電場(chǎng)的復(fù)合,磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的復(fù)合,磁場(chǎng)、電場(chǎng)、重力場(chǎng)三者的復(fù)合等.

　　(2)正確受力分析,除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場(chǎng)力的分析；

　　(3)根據(jù)受力情況確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合；

　　A、靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，用平衡的觀點(diǎn)去處理，根據(jù)受力平衡列方程求解；

　　B、做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理、功能關(guān)系等去處理；

　　C、做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，一般用運(yùn)動(dòng)的合成與分解去處理，同時(shí)輔助以動(dòng)能定理和功能關(guān)系；D、勻速圓周運(yùn)動(dòng)，結(jié)合帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，找圓心定半徑求時(shí)間，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解；

　　E、非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，一般用動(dòng)能定理、功能關(guān)系去處理。

　　(4)對(duì)于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同種類的場(chǎng)時(shí),要分階段進(jìn)行處理；

　　(5)畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

　　由于帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受力情況復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)以題目中的“最大”、“最高”、“至少”等詞語(yǔ)為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解.

　　類型三、多場(chǎng)并存有約束的運(yùn)動(dòng)

　　帶電粒子在所運(yùn)動(dòng)的空間不僅有電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)中的任意兩個(gè)場(chǎng)或者三個(gè)場(chǎng)同時(shí)存在，且在運(yùn)動(dòng)中還受到了繩子、桿、圓環(huán)等的約束，導(dǎo)致帶電粒子在空間不能自由移動(dòng)，也就是說(shuō)除了受到場(chǎng)力外還受到其他約束力作用，這一類型的題目也是壓軸題�？碱}型！

　　這類試題要求同學(xué)們的能力主要不是對(duì)事物的結(jié)局護(hù)著某一個(gè)側(cè)面進(jìn)行描述，而是注重對(duì)事物整體的結(jié)構(gòu)，功能和作用的認(rèn)識(shí)！以及對(duì)事物發(fā)展過(guò)程中分析理解，要求我們對(duì)已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)結(jié)合，重組、轉(zhuǎn)移、遷移來(lái)解決問(wèn)題，同時(shí)需要構(gòu)建物理模型。

　　帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，由于受到約束力作用，是物體的運(yùn)動(dòng)比不受約束的時(shí)候形式更加簡(jiǎn)化。不同的約束條件可以構(gòu)造不同的模型：繩子的約束作用可以構(gòu)造圓周運(yùn)動(dòng)模型；把物體串在輕桿上，可以構(gòu)造直線運(yùn)動(dòng)模型等。因此我們要根據(jù)約束的特性，確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形式，根據(jù)基本運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)解決問(wèn)題。

　　另外我們還要充分利用功能關(guān)系來(lái)分析運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閹щ娏Ｗ釉趶?fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，在多種力的作用下運(yùn)動(dòng)的形式可能比較簡(jiǎn)單，但是規(guī)律可能更加復(fù)雜！比如變加速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)我們無(wú)法根據(jù)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律解題。這時(shí)利用能量分析和功能關(guān)系便能破解這個(gè)難題。如果磁場(chǎng)是復(fù)合場(chǎng)的一部分，我們往往要利用洛倫茲力不做功這一個(gè)特點(diǎn)，但是當(dāng)帶電粒子做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力往往會(huì)發(fā)生變化，引起其他力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其他力做功也發(fā)生變化。

　　對(duì)于帶電粒子在有摩擦的約束環(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們還要充分利用過(guò)程整體法和電場(chǎng)力做功、重力做功與路徑無(wú)關(guān)的思想。電場(chǎng)力重力做功只由初末位置決定，與路徑無(wú)關(guān)的這一特性，使我們認(rèn)識(shí)到不管過(guò)程有沒(méi)有往復(fù)，還是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)階段是相互區(qū)別的，我們都可以不考慮過(guò)程細(xì)節(jié)，從全過(guò)程去解決問(wèn)題。比如往復(fù)性的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，如果是通過(guò)受力分析，分段計(jì)算，在求和，計(jì)算便顯得非常復(fù)雜；而我們用重力電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)的思想，就可以分析出帶電粒子最終能停在何處之類的問(wèn)題，再結(jié)合過(guò)程整體法，就可以利用動(dòng)能定理或者功能關(guān)系簡(jiǎn)便的求得結(jié)果！