刊名: 教师教育研究
主办: 北京师范大学;华东师范大学;高等学校教资培训交流北京中心
周期: 双月
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1672-5905
CN: 11-5147/G4
邮发代号: 2-418
历史沿革:
曾用刊名:高等师范教育研究
期刊荣誉:核心期刊 CSSCI来源期刊来源期刊;国家新闻出版总署收录;Caj-cd规范获奖期刊;中国期刊网来源刊;百种重点期刊;社科双百期刊;全国优秀社科期刊
创刊时间:1989
浅谈带电粒子在复合场中运动的解题思路
【作者】 马玲霞
【机构】 云南省德宏州芒市第二中学
【摘要】【关键词】
【正文】 摘 要:解题是物理学习中非常重要的环节,习题的解答过程既是问题解决的过程,又是将物理概念和物理规律进行应用的过程,同时也是思维形成的过程。带电粒子在复合场中的运动是高中物理中重要的问题模型,题型灵活多变,教学中发现很多学生完成此类型题时常常无从入手,现整理出对于此类问题的基本解题思路和书写框架,以帮助学生特别是基础薄弱的学生能在此类型题上尽可能得分。
关键词:带电粒子;复合场;解题思路;解题步骤
带电粒子在复合场中运动模型是磁场、电场、力学等知识的综合应用,常见命题点有带电粒子在组合场的运用、带电粒子在复合场的运用、电磁场技术运用等。综合考察了动力学关系、功能关系、圆周运动、平抛运动等知识,高考中常以选择题、计算题的形式出现。
一、备考策略
1.此类型题用到的知识点主要有:动力学观点(牛顿运动定律)、运动学观点、能量观点(动能定理、能量守恒)、电场观点(类平抛运动的规律)、磁场观点(带电粒子在磁场中运动的规律),所以平时需要掌握并能熟练运用三个重要物理模型,即:带电粒子在复合场中的匀速直线运动模型、类平抛模型和匀速圆周运动模型。
2.抓住并学会转换题干关键信息:看到“带电微粒在重力场、电场、磁场中做匀速圆周运动”,要想到“重力与电场力平衡,洛伦兹力提供向心力”;看到“带电微粒在重力场、电场、磁场中做直线运动”,要想到“重力、电场力、洛伦兹力三力合力为零。
3.熟悉带电粒子在复合场中运动的解题思路
(1)明性质:确定带电粒子的性质;
(2)受力分析:先分析重力,再分析电场力、磁场力,最后分析其它力(先弹力后摩擦力);
(3)定运动:由合力和初速度决定粒子的运动轨迹及运动性质(三个物理模型);
(4)画轨迹选规律:
①当带电粒子做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解;
②当带电粒子做匀速圆周运动时,应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解;
③当带电粒子做平抛运动运动时,应用动能定理结合圆周运动规律求解;
④当带电粒子做复杂曲线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解。
(5)分段分析:对于粒子连续通过几个不同的场时要分段进行处理,当粒子从一个场进入另一个场时,该点的位置、粒子的速度大小和方向往往是解题的突破口(上一个区域的末速度是下一区域的初速度)。
二、例题解析
例 如图所示CPFH的矩形区域中存在竖直方向的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,已知AC=L,CP=4L。质量为m、带电量为+q的小球从A点以水平速度v0抛出,小球从CP的中点D(未标出)进入CPFH区域,进入后恰好能做匀速圆周运动,且垂直PF离开场区。求:
(1)匀强电场的强度大小及方向;
(2)小球进入D点时的速度;
(3)磁感应强度的大小。
解析:(1)①明性质:小球带正电;
②受力分析:因为小球恰好在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,故有
qE=mg,由此可得E=■ ,电场强度方向竖直向上。
(2)③定运动:小球从A点以水平速度v0抛出的过程中受到竖直向下的重力mg,合力竖直向下与水平初速度垂直,小球从A点到D点做平抛运动,所以可由平抛运动的知识点解决。
设竖直方向的末速度为vy,则水平方向2L=v0t,竖直方向L=■t, 由此可得vy=v0,所以小球到达D点的速度为v=■=■v0,方向:tanθ=■=1,即θ=450.
(3)④画轨迹:小球恰好在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,且垂直PF离开场区,运动轨迹如图:
有几何关系可知(这一句需要在解题过程中呈现):r=2■L
由洛伦兹力提供向心力:qvB=■
所以B=■(⑤对于粒子连续通过几个不同情况场的问题,分段进行处理,当粒子从一个场进入另一个场时,上一个区域的末速度是下一区域的初速度)。
可以看到,熟悉了以上总结出的带电粒子在复合场中解题思路和基本解题步骤以后,相当于把一个稍复杂的问题分解为若干个简单的问题,这样学生在解题过程中就有了抓手和方向,从而提高了在解带电粒子在复合场中运动题型时的速度和准确率,也希望能对读者有所裨益,不当之处还望指正。
参考文献:
[1]高祥.带电粒子在复合场中的运动问题探究[J],天津教育. 2019,(36):115
[2]贡昊洋.带电粒子在复合场中运动问题解题技巧[J],中学生数理化(学习研究).2018,(01):65
[3]石东方.浅说带电粒子在复合场中运动题解答思路[J],中学生理科月刊. 2005,(12):29-30
关键词:带电粒子;复合场;解题思路;解题步骤
带电粒子在复合场中运动模型是磁场、电场、力学等知识的综合应用,常见命题点有带电粒子在组合场的运用、带电粒子在复合场的运用、电磁场技术运用等。综合考察了动力学关系、功能关系、圆周运动、平抛运动等知识,高考中常以选择题、计算题的形式出现。
一、备考策略
1.此类型题用到的知识点主要有:动力学观点(牛顿运动定律)、运动学观点、能量观点(动能定理、能量守恒)、电场观点(类平抛运动的规律)、磁场观点(带电粒子在磁场中运动的规律),所以平时需要掌握并能熟练运用三个重要物理模型,即:带电粒子在复合场中的匀速直线运动模型、类平抛模型和匀速圆周运动模型。
2.抓住并学会转换题干关键信息:看到“带电微粒在重力场、电场、磁场中做匀速圆周运动”,要想到“重力与电场力平衡,洛伦兹力提供向心力”;看到“带电微粒在重力场、电场、磁场中做直线运动”,要想到“重力、电场力、洛伦兹力三力合力为零。
3.熟悉带电粒子在复合场中运动的解题思路
(1)明性质:确定带电粒子的性质;
(2)受力分析:先分析重力,再分析电场力、磁场力,最后分析其它力(先弹力后摩擦力);
(3)定运动:由合力和初速度决定粒子的运动轨迹及运动性质(三个物理模型);
(4)画轨迹选规律:
①当带电粒子做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解;
②当带电粒子做匀速圆周运动时,应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解;
③当带电粒子做平抛运动运动时,应用动能定理结合圆周运动规律求解;
④当带电粒子做复杂曲线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解。
(5)分段分析:对于粒子连续通过几个不同的场时要分段进行处理,当粒子从一个场进入另一个场时,该点的位置、粒子的速度大小和方向往往是解题的突破口(上一个区域的末速度是下一区域的初速度)。
二、例题解析
例 如图所示CPFH的矩形区域中存在竖直方向的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,已知AC=L,CP=4L。质量为m、带电量为+q的小球从A点以水平速度v0抛出,小球从CP的中点D(未标出)进入CPFH区域,进入后恰好能做匀速圆周运动,且垂直PF离开场区。求:
(1)匀强电场的强度大小及方向;
(2)小球进入D点时的速度;
(3)磁感应强度的大小。
解析:(1)①明性质:小球带正电;
②受力分析:因为小球恰好在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,故有
qE=mg,由此可得E=■ ,电场强度方向竖直向上。
(2)③定运动:小球从A点以水平速度v0抛出的过程中受到竖直向下的重力mg,合力竖直向下与水平初速度垂直,小球从A点到D点做平抛运动,所以可由平抛运动的知识点解决。
设竖直方向的末速度为vy,则水平方向2L=v0t,竖直方向L=■t, 由此可得vy=v0,所以小球到达D点的速度为v=■=■v0,方向:tanθ=■=1,即θ=450.
(3)④画轨迹:小球恰好在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,且垂直PF离开场区,运动轨迹如图:
有几何关系可知(这一句需要在解题过程中呈现):r=2■L
由洛伦兹力提供向心力:qvB=■
所以B=■(⑤对于粒子连续通过几个不同情况场的问题,分段进行处理,当粒子从一个场进入另一个场时,上一个区域的末速度是下一区域的初速度)。
可以看到,熟悉了以上总结出的带电粒子在复合场中解题思路和基本解题步骤以后,相当于把一个稍复杂的问题分解为若干个简单的问题,这样学生在解题过程中就有了抓手和方向,从而提高了在解带电粒子在复合场中运动题型时的速度和准确率,也希望能对读者有所裨益,不当之处还望指正。
参考文献:
[1]高祥.带电粒子在复合场中的运动问题探究[J],天津教育. 2019,(36):115
[2]贡昊洋.带电粒子在复合场中运动问题解题技巧[J],中学生数理化(学习研究).2018,(01):65
[3]石东方.浅说带电粒子在复合场中运动题解答思路[J],中学生理科月刊. 2005,(12):29-30