阐释带电带电粒子在复合场中运动大专

复合场是高中物理中力学、电磁学问题的高度综合，覆盖的考点多（如牛顿定律、动能定理、能量守恒、直线运动、类平抛运动和圆周运动等等），既能考查学生的理解推理能力，又能考查学生的分析综合能力。

一、带电粒子在复合场中的受力

复合场是指电场、磁场和重力场并存，或者其中某两场并存，或分区域存在的某一空间，粒子在运动过程中可能同时受到重力、电场力和洛仑兹力，抓住三个力的特点是分析复合场问题的关键。
1.重力：若为基本粒子（如质子，电子、离子、原子核等）一般不考虑重力；若为带电颗粒（如油滴，液滴、尘埃、小球等）一般都要考虑重力。
2.电场力：在匀强电场中，电场力为恒力，其大小为，电场力做功与路径无关，只与初末位置的电势差有关，电场力做功一定伴随着电势能的变化。
3.洛仑兹力：带电粒子在磁场中受到的洛仑兹力与运动的速度有关，洛仑兹力的方向既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直，洛仑兹力永远不做功，不会改变粒子的动能。

二、带电粒子在复合场中运动问题的处理方法

带电粒子在复合场中的运动问题是力学和电学知识的一次“大综合”，其分析方法和力学综合问题的分析方法基本相同，只是在受力分析时多加了电场力和洛仑兹力，在考虑能量转化时多了电势能。带摘自：毕业论文的格式www.618jyw.com
电粒子在复合场中的运动问题除了利用力学三大观点（动力学观点、能量观点、动量观点）来分析外，还要注意电场和磁场对带电粒子的作用特点，如电场力做功与路径无关，洛仑兹力方向始终和速度方向垂直，永不做功等。基本思路如下：
1.明确研究对象是什么性质的粒子（即是否考虑重力），弄清带电粒子运动的环境是一个怎样的复合场，是磁场与电场复合，是磁场与重力场的复合，还是磁场、电场、重力场的复合。
2.正确地进行受力分析：除重力、弹力、摩擦力外，还要特别注意电场力和洛仑兹力的分析，搞清场和力的方向的关系。
3.正确的运动分析：即根据受力情况进一步明确物体的运动情况，找出物体的速度、位置及变化规律，分析运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条件。注意题目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等关键词语。
4.灵活选用力学规律是解决问题的关键。当带电粒子在叠加场中做匀速直线运动时，应根据平衡条件列方程求解。当带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解。当带电粒子在叠加场中做非匀变速曲线运动时，应选用动能定理或能量守恒定律列方程求解。
如果涉及两个带电粒子的碰撞问题，还要根据动量守恒定律列出方程，再与其他方程联立求解。

三、带电粒子在复合场中的几种典型运动

带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析。

1.直线运动

当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，做匀速直线运动（如速度选择器）。
在没有轨道约束的情况下，自由的带电粒子在匀强电场、匀强磁场和重力场中做的直线运动有两种情况。
一种情况是带电粒子的运动方向与匀强磁场的方向平行，粒子不受洛仑兹力，如果电场力与重力平衡，则带电粒子做匀速直线运动，如果电场力与重力不平衡，则粒子做匀变速直线运动。
另一种情况是带电粒子的运动方向与磁场垂直（带电粒子的运动方向与磁场方向不平行也不垂直的情况，在高中阶段一般不涉及），如果带电粒子做直线运动则一定是匀速直线运动。这是因为电场力与重力都是恒力，当速度变化时，会引起洛仑兹力的变化，合力的大小和方向也会发生相应的变化，粒子的运动方向就要改变，从而做曲线运动。

2.匀速圆周运动

当带电粒子所受的重力与电场力等的方向，粒子的运动方向与磁场方向垂直时，洛仑兹力提供向心力，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动，这种情况与仅在洛仑兹力作用下的匀速圆周运动等效，要同时用到平衡条件和向心力公式进行分析。

3.曲线运动

当带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹即不是圆弧也不是抛物线。可从能量的角度解决此类问题。
例：如图所示，带电平行板中匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑绝缘轨道上的a点滑下，经过轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动，现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经过P点进入板间的运动过程中（）
A.动能将会增大
B.其电势能将会增大
C.洛伦兹力增大
D.小球所受的电场力将会增大
原来小球能在水平方向作直线运动，说明重力等于电场力加洛仑兹力（球带正电）；后来因小球从较低处下滑，进入场区时速度比原来的小，洛仑兹力比原来的小，小球将向下偏，这时重力的正功数值大于电场力的负功绝对值（因从前面情况知重力大于电场力，洛仑兹力不做功），总功是正，动能要增大的，选项A错；因电场力做负功，所以电势能增加，选项B对；因速度有增大的过程，所以洛仑兹力也有增大的过程，选项C对；电场力不会变，选项D错。
（作者单位：河北省廊坊一中）