高中物理复合场问题处理方法探研

傅祥

摘 要：复合场问题一般是电场、磁场、重力场的两两组合，或是三场合一。学生在进行复合场问题处理时，首先弄清楚题目中的复合场是由哪些场组成的，然后运用相关的物理学知识进行分析和解决，往往能取得良好的效果。文章结合具体题型，对高中物理复合场问题处理方法进行探研。

关键词：高中物理；复合场；问题；处理方法；分析；探研

中图分类号：G633.7 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2019）02-0086-01

电场和磁场的复合场问题是高中物理学习的重点和难点，有很强的综合性，对学生的能力要求很高。高中物理复合场问题的处理需要学生找准问题的切入点，从问题的特殊状态入手，找准复合场中的平衡状态，特别是对于一些带电粒子在复合场中的運动，需要学生结合已知条件，寻找对粒子起作用的多种力，其关键点是多种力作用的平衡状态。在复合场中，粒子一般会受到重力、电场力、洛伦兹力等力的作用，这就要求学生能够对研究对象所受的不同性质的力进行分析，运用力学的知识进行物体运动轨迹或是速度的推断和计算。因此，复合场问题最终会转化成力学问题和运动学问题。

一、无约束复合场问题

无约束复合场问题，主要是对粒子在复合场中的运动受力以及运动轨迹进行分析。此类问题需要学生以力学的受力分析为基础，从粒子达到受力平衡的状态入手进行分析，确定粒子平衡状态的条件是解决此类复合场问题的关键。一般来说，复合场中的重力、电场力、洛伦兹力中的任意两个或三个的合力在某个方向上平衡，即合力为零时，即可以列出相关的方程，无约束复合场的问题基本就能顺利处理了。

例1：如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上（与纸面平行），磁场方向垂直于纸面向里，三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别为ma、mb、mc。已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是（ ）。A.ma>mb>mc，B.mb>ma>mc，C.mc>ma>mb，D.mc>mb>ma。

解析：本题是一道高考试题，主要考查带电微粒在复合场中的问题，题中涉及到重力、电场力和洛伦兹力。由于三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，因此，其受到的电场力F电一样，方向竖直向上；根据微粒a在纸面内做匀速圆周运动可以得出微粒a所受的重力和电场力平衡，即F电a=Ga=mag；根据微粒b在纸面内向右做匀速直线运动可以得出微粒b所受到的重力、电场力和洛伦兹力三力平衡，其洛伦兹力根据右手定则可以判断出方向竖直向上，即F电b+F洛b=Gb=mbg；根据微粒c在纸面内向左做匀速直线运动可以得出微粒c所受到的重力、电场力和洛伦兹力三力平衡，其洛伦兹力根据右手定则可以判断出方向竖直向下，即F电c-F洛c=Gc=mcg，由于F电a= F电b=F电c，则mb>ma>mc。

二、有约束复合场问题

有约束的复合场问题主要是带电粒子受到除了重力、电场力和洛伦兹力中的两个或多个力之外，还受到一些其他条件的约束，比如在绝缘的空心管中、穿在绝缘细线上等，这就约束了粒子的运动轨迹，使粒子的受力状态存在着不确定性。对于这类有约束的复合场问题，教师需要引导学生进行分类讨论，将所学的力学知识运用到复合场问题的分析中，通过不同合力可能产生的效果和作用，对合力方向进行讨论，从而对粒子的运动状态进行全面的分析，有效地解决问题。

例2：一个质量为m的带正电小球，其带电量为q，密封在一个绝缘的空心管中，小球可以上下移动，小球与绝缘空心管之间的动摩擦因数为μ（如图所示），现在给空心绝缘管加上沿水平方向的且互相垂直的匀强磁场（磁感应强度为B）和匀强电场（电场强度为E），小球由静止开始下滑。 求：带电小球下滑过程中的最大速度和加速度分别是多少？

总之，复合场问题涉及高中物理力学、能量守恒、电场、磁场等内容，是高考的热点问题。解决复合场问题一般要以粒子所受力的平衡条件为突破口，教师在教学中要先引导学生对复合场进行分析，弄清楚粒子在运动过程中受到几个力的作用，然后以合力的平衡对问题进行分析和解决，这样能够取得事半功倍的教学效果。

参考文献：

[1]冯丽霞，蒋大桥，冯秀梅.同伴教学法的中学物理教学实践探索——以“粒子在场中的运动”为例[J].课程·教材·教法，2014（09）.

[2]赵浩波.高中物理动态平衡问题解法探析[J].湖南中学物理，2018（08）.