張素華

(江蘇省射陽縣第二中學(xué),江蘇射陽 224300)

分解的物理思想在復(fù)合場綜合題中的應(yīng)用

張素華

(江蘇省射陽縣第二中學(xué),江蘇射陽 224300)

在高中物理學(xué)習(xí)中,復(fù)合場綜合題往往是學(xué)生的難點,但又是高考的熱點,針對這類題目,采用分解的物理思想往往能起到化曲為直、化繁為簡、化難為易的作用.

圖1

例1.如圖1,傾角為θ= 30°的絕緣斜面abcd,邊長為2 m,有一質(zhì)量為m=0.01 kg,帶電荷量q=+2×10-2C的小滑塊,與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=,整個裝置處在垂直于斜面向上的勻強磁場中,磁場的磁感應(yīng)強度為B=0.4 T,滑塊在a點具有沿ac方向、大小為v=1.6m/s的初速度,g取10 m/s2.則:

(1)要使滑塊做直線運動到達c點,應(yīng)在絕緣斜面內(nèi)加一個怎樣的恒定勻強電場?

解析:(1)要使滑塊從a點沿直線到達c點,滑塊受到的洛倫茲力大小不能變,所以滑塊必須做勻速直線運動.建立如圖2所示的直角坐標系,滑塊在斜面所在平面內(nèi)受力如圖2:

滑塊重力沿斜面向下的分力為

圖2

由于滑塊做勻速直線運動,其受力平衡,則電場力

其方向為與ac方向垂直沿斜面向上方.

(2)此時滑塊受到的電場力F=qE=0.1 N=mg.

故滑塊受到的合力即洛倫茲力,滑塊做勻速圓周運動,設(shè)軌道半徑為r,則

代入數(shù)據(jù)解得r=22 m.

如圖3,由幾何關(guān)系可知,滑塊到達下邊界圓周運動轉(zhuǎn)過的角度為45°,運動時間為

圖3

剖析:第(1)問中使滑塊作直線運動到達c點,根據(jù)解立體空間問題的基本方法,需分析滑塊在斜面所在平面內(nèi)受力情況,由于滑塊受到的洛倫茲力始終與速度方向垂直,大小F洛=qvB,而滑塊受到的其他力都恒定,要使滑塊作直線運動,洛倫茲力也必須恒定,故滑塊必須作勻速直線運動,所受合力為零.通過計算可知,滑塊沿速度方向f=G1x,受力已平衡,則電場力一定垂直于速度方向,根據(jù)此方向受力平衡可得應(yīng)加電場的大小和方向.

第(2)問中所加勻強電場方向改為豎直向上,滑塊受到的重力與電場力恰好平衡,分析可知滑塊應(yīng)作勻速圓周運動,為了求滑塊由a到達絕緣斜面邊界的時間,必須通過畫圖分析幾何關(guān)系,應(yīng)用帶電粒子在勻強磁場中圓周運動的相關(guān)規(guī)律求解此問.

本題是一道力、電、磁綜合題,考查了力的合成和分解、共點力平衡及電場、磁場的基本概念和規(guī)律,要求學(xué)生綜合應(yīng)用力學(xué)和電學(xué)規(guī)律分析帶電體在復(fù)合場中的運動規(guī)律.解決此題的關(guān)鍵:一是掌握好力和運動的關(guān)系(第一問中確定滑塊必作勻速直線運動,第二問中確定滑塊作勻速圓周運動);二是作好受力分析圖及幾何關(guān)系圖(重力和支持力在平面圖上不好作,可暫不作).三是運用好分解的物理思想(建立直角坐標系).

(1)粒子所帶的電荷性質(zhì)及磁場方向.

(2)帶電粒子的比荷.

解析:(1)電場強度方向豎直向上,且y坐標為正,所以粒子必帶正電;又x坐標為正,由左手定則知:磁感應(yīng)強度方向豎直向上.

(2)粒子所受電場力始終在豎直面內(nèi),所受洛倫茲力始終在水平面內(nèi),把粒子的運動分解到水平和豎直兩個方向上,考慮兩個分運動.

圖5

這兩道題對學(xué)生的能力要求較高,首先應(yīng)具有一定的空間思維能力(在歷年來的高考中常出現(xiàn)此類能力要求的題型),其次還應(yīng)具有一定的分析、推理和綜合能力.

高考試題中,這類復(fù)合場綜合題,往往作為壓軸題來考查學(xué)生的綜合能力.這種題型學(xué)生一般都認為很難,有畏懼情緒,心理越是緊張,思路就越混亂.綜合題其實就是若干小知識點的綜合,只要掌握一定的方法,變抽象為形象、變立體為平面、變復(fù)雜為簡單,還是可以順利解決的.

2010-06-30)