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高中物理带电粒子在组合场或复合场中的运动解析

发布者: L先生 | 发布时间: 2020-9-12 14:57| 查看数: 28| 评论数: 0|帖子模式



带电粒子在组合场或复合场(包括重力场、电场、磁场)中的运动,往往涉及到力学、电场、磁场等知识内容和解题方法及各种能力,综合性强。下面谈谈这类问题的分析方法。


1. 组合场或复合场

组合场是指电场与磁场同时存在,但各位于一定的区域内,并不互相重叠的情况。

复合场通常是指电场与磁场在某一区域同时并存或电场、磁场和重力场并存在于某一区域的情况。


2. 动力学观点

由于微粒在复合场中运动时,受力情况比较复杂,因此,进行受力分析时,要全面、细致。其中的关键是洛伦兹力随着微粒运动状态而变化,而洛伦兹力的变化反过来又会导致运动状态的变化。因此,进行受力分析时一定要与运动状态、运动过程紧密结合起来。


3. 能量与动量观点

要时刻把握住洛伦兹力对运动的带电微粒不做功,然而却能改变微粒的速度和动量即改变微粒的运动状态这一关键点。


典型例题


例1. 如图1所示,一倾角为 640?wx_fmt=jpeg.jpg 的足够长的绝缘光滑的斜面置于磁感应强度为B的匀强磁场中,一质量为m、带电荷量为-q的小物块自斜面顶端由静止释放,则当小物块在斜面上滑行,经多长时间、多长距离离开斜面?

640?wx_fmt=jpeg.jpg

解析:由于重力的下滑分力的作用,小物块将沿斜面加速下滑,随着速度v从零开始增加, 640?wx_fmt=jpeg.jpg 也不断增大,但 640?wx_fmt=jpeg.jpg 的方向垂直于斜面向上,与物块的运动方向垂直,因此,虽然 640?wx_fmt=jpeg.jpg 为变力,但由于有斜面支持力 640?wx_fmt=jpeg.jpg 的约束,直至离开斜面之前,物块在垂直于斜面方向所受合外力始终为零,而沿斜面方向的合外力等于 640?wx_fmt=jpeg.jpg ,故物块做初速度为零的匀加速直线运动。

640?wx_fmt=jpeg.jpg

640?wx_fmt=jpeg.jpg 时,物块将离开斜面,即 640?wx_fmt=jpeg.jpg

640?wx_fmt=jpeg.jpg

所以 640?wx_fmt=jpeg.jpg

640?wx_fmt=jpeg.jpg


例2.若将例中的光滑斜面改为粗糙斜面(其他条件不变),并知物块与斜面间的动摩擦因数为 640?wx_fmt=jpeg.jpg ,物块沿斜面下滑距离L而离开斜面,求整个过程中物块克服摩擦力所做的功。

解析:虽然只是将光滑斜面改为粗糙斜面,但物块的运动状态却发生了质的变化,由匀变速直线运动改为非匀变速直线运动。原因在于 640?wx_fmt=jpeg.jpg 的变化会导致支持力 640?wx_fmt=jpeg.jpg 的变化,进而导致摩擦力的变化,因而物块的a是变量,匀变速运动的规律不再适用。

由离开斜面时, 640?wx_fmt=jpeg.jpg ,得:

640?wx_fmt=jpeg.jpg

由动能定理:得 640?wx_fmt=jpeg.jpg

所以 640?wx_fmt=jpeg.jpg 917f1fb75102d7b0bc7012fecd6f34d.jpg


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