高中物理帶電粒子在複合場中的運動解題技巧
帶電粒子在複合場中的運動問題,是高考物理的必考題型,也是高中物理知識的重難點。下面是小編給大家帶來的，希望對你有幫助。
帶電粒子在複合場中的運動解題技巧
求解這一類問題，一方面我們要按照順序對題目上給出的運動過程進行分段分析，將複雜的問題分解為一個一個的簡單熟悉的物理模型，另一方面我們也要全面準確分析相關過程中功能關係的變化，弄清楚各個狀態之間的能量變化，便於我們按照動能定理或者能量守恆定律寫方程。
在對帶電粒子在每個場中的運動狀況分析時，要特別注意粒子在場與場交接處的運動情況，因為這一般是一個臨界狀態，一定要分析清楚此刻粒子的速度大小和方向以及相應的位置關係，這通常對於進入另一個場中的運動有決定性的影響!
還有一些是兩場共存或者是三場共存的問題，這些運動會更加複雜，但是他本質上是一個力學問題，只要我們掌握的相應的規律，利用力學問題的研究思路和基本規律，都是可以順利克服的!
對於帶電粒子在電場、磁場、複合場中運動時，重力是否考慮分三種情況：
***1***對於微觀粒子，如電子、質子、離子等，因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略;而對於一些實際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等一般應當考慮其重力.
***2***在題目中有明確說明是否要考慮重力的，這種情況按題目要求處理比較正規，也比較簡單.
***3***不能直接判斷是否要考慮重力的，在進行受力分析與運動分析時，要結合運動狀態確定是否要考慮重力.
型別一、分離的電場與磁場
帶電粒子在電場中的加速運動可以利用牛頓第二定律結合勻變速直線運動規律，或者從電場力做功角度出發求出粒子進入下一個場的速度。對於帶電粒子在電場中的偏轉，要利用類平拋運動的規律，根據運動的合成與分解，結合牛頓定律和能量關係，求出粒子進入下一個場的速度大小，再結合速度合成與分解之間的關係，速度偏轉角正切值與位移偏轉角正切值的關係求出速度方向。
帶電粒子垂直進入勻強磁場，其運動情況一般是勻速圓周運動的一部分，解決粒子在磁場中的運動情況，關鍵是確定粒子飛入點和飛出點的位置以及速度方向，再利用幾何關係確定圓心和半徑。值得注意的是，若帶電粒子從磁場中某個位置飛出後，再經電場的作用在同一個位置以相同的速度大小再次飛入磁場中時，由於飛出和飛入速度方向相反，洛倫茲力的方向相反，粒子兩次在磁場中的運動軌跡並不重合!
需要強調的是，帶電粒子從一個場進入另外一個場，兩場之間的連線點是這類問題的中樞，其速度是粒子在前一個場的某速度，是後一個場的初速度，再解決問題時要充分利用這個位置資訊。
型別二、多場並存的無約束運動
在解決複合場問題時應首先弄清楚是哪些場共存，注意電場和磁場的方向以及強弱，以便確定帶電粒子在場中的受力情況。帶電粒子在複合場中運動時如果沒有受到繩子，杆，環等的約束，則帶電粒子在空間中可以自由移動，只受場力的作用。根據空間存在的場的不同，一般帶電粒子的運動規律不同，通常可以分為以下幾類：
1、靜止或勻速直線運動
如果是重力場與電場共存，說明電場力等於重力。
如果是重力場與磁場共存，說明重力與洛倫茲力平衡。
如果是勻強磁場和電場共存。說明電場力和洛倫茲力平衡。
如果是重力場，電場，磁場三場共存。則粒子的運動情況分為兩類：***1***靜止，帶電粒子所受的重力和電場力平衡，沒有運動不受洛倫茲力作用。***2***勻速直線運動，可能是重力與電場力平衡，但運動方向與磁場方向在同一個直線上，故不受洛倫茲力作用;也可能是受到三個場力，這個時候運動方向與磁場方向肯定不在一條直線上，這說明三力平衡，一般結合正交分解法寫出對應的方程即可。
2、勻變速直線運動或者勻變速曲線運動
一般存在於電場與重力場共存比較多，由於合力恆定，可以採取 等效重力場的方法。
3、勻速圓周運動
當帶電粒子所受的重力與電場力大小相等，方向相反時，帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直於勻強磁場的平面內做勻速圓周運動.相當於帶電粒子只受洛倫茲力作用的情況。
4、較複雜的曲線運動
當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動，這時粒子運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線.比如螺旋式運動，這種情況一般不在高考的考察範圍之內。
當然，無論粒子做什麼運動我們都要有一條清晰的思路幫助我們處理問題：
***1***弄清複合場的組成.如磁場、電場的複合,磁場、重力場的複合,磁場、電場、重力場三者的複合等.
***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力的分析;
***3***根據受力情況確定帶電粒子的運動狀態,注意運動情況和受力情況的結合;
A、靜止或做勻速直線運動，用平衡的觀點去處理，根據受力平衡列方程求解;
B、做勻變速直線運動，用牛頓運動定律、動能定理、動量定理、功能關係等去處理;
C、做勻變速曲線運動，一般用運動的合成與分解去處理，同時輔助以動能定理和功能關係;D、勻速圓周運動，結合帶電粒子在勻強磁場中的運動規律，找圓心定半徑求時間，應用牛頓定律結合圓周運動規律求解;
E、非勻變速曲線運動，一般用動能定理、功能關係去處理。
***4***對於粒子連續通過幾個不同種類的場時,要分階段進行處理;
***5***畫出粒子運動軌跡,靈活選擇不同的運動規律。
由於帶電粒子在複合場中受力情況複雜、運動情況多變，往往出現臨界問題，這時應以題目中的“最大”、“最高”、“至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，根據臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯立求解.
型別三、多場並存有約束的運動
帶電粒子在所運動的空間不僅有電場、磁場、重力場中的任意兩個場或者三個場同時存在，且在運動中還受到了繩子、杆、圓環等的約束，導致帶電粒子在空間不能自由移動，也就是說除了受到場力外還受到其他約束力作用，這一型別的題目也是壓軸題常考題型!
這類試題要求同學們的能力主要不是對事物的結局護著某一個側面進行描述，而是注重對事物整體的結構，功能和作用的認識!以及對事物發展過程中分析理解，要求我們對已經學習過的知識結合，重組、轉移、遷移來解決問題，同時需要構建物理模型。
帶電粒子在複合場中的運動，由於受到約束力作用，是物體的運動比不受約束的時候形式更加簡化。不同的約束條件可以構造不同的模型：繩子的約束作用可以構造圓周運動模型;把物體串在輕杆上，可以構造直線運動模型等。因此我們要根據約束的特性，確定帶電粒子的運動形式，根據基本運動的規律來解決問題。
另外我們還要充分利用功能關係來分析運動。因為帶電粒子在複合場中的運動，在多種力的作用下運動的形式可能比較簡單，但是規律可能更加複雜!比如變加速直線運動，此時我們無法根據其運動規律解題。這時利用能量分析和功能關係便能破解這個難題。如果磁場是複合場的一部分，我們往往要利用洛倫茲力不做功這一個特點，但是當帶電粒子做變速運動時，洛倫茲力往往會發生變化，引起其他力發生變化，從而導致其他力做功也發生變化。
對於帶電粒子在有摩擦的約束環境中運動時，我們還要充分利用過程整體法和電場力做功、重力做功與路徑無關的思想。電場力重力做功只由初末位置決定，與路徑無關的這一特性，使我們認識到不管過程有沒有往復，還是運動過程中各個階段是相互區別的，我們都可以不考慮過程細節，從全過程去解決問題。比如往復性的直線運動問題，如果是通過受力分析，分段計算，在求和，計算便顯得非常複雜;而我們用重力電場力做功與路徑無關的思想，就可以分析出帶電粒子最終能停在何處之類的問題，再結合過程整體法，就可以利用動能定理或者功能關係簡便的求得結果!