高中物理中,什么题含金量超高呢?非电磁场综合题莫属,这里会将运动学模型、受力分析、动力学思维整合运用,并且升级你的建模思维、逻辑分析思维。当我看到这个典例第一眼,就决定将他写出来,升级我们的物理思维。
电磁场、重力场,三场叠加
典例:
如图甲所示,空间存在着彼此垂直,周期性变化的匀强电场和匀强磁场,磁场和电场随时间变化分别如图中乙、丙所示(电场方向竖直向上为正,磁场方向垂直纸面水平向里为正),某时刻有一带电液滴从A点以初速度v开始向右运动,图甲中虚线是液滴的运动轨迹(直线和半圆相切于A、B、C、D四点,图中E和B都属未知。
电场图
磁场图
(1)此液滴带正电还是带负电?可能是什么时刻从A点开始运动的?
(2)求液滴的运动速度和BC之间的距离
分析:
(1)动力学分析:本题需对粒子正负性进行假设,并通过对应运动过程,进行受力分析,符合假设条件,则假设成立。并且着手点一般会从比较具有特殊性的位置、受力开始分析。
本题假设粒子带正电,从A点出发速度方向向右,要满足此运动过程,此时受力分析如图所示
受力分析
并且在AB、CD段满足F洛=F电+G,在BC、DA段满足F电=G,仅由F洛提供粒子做匀速圆周运动的向心力。
此时只需满足C-D段磁场反向即可,即C-D对应(3+4n)×10πs——(4+4n)×10πs时间段(n=0,1,2,3,……)时即可。逆向推导出粒子从A点进入时刻为(1+4n)×10πs,n=0,1,2,3,……
(2)考点分析:假设法、带线粒子在叠加场中的运动(尤其在含有磁场无障碍物空间里,粒子受到的力中有洛伦兹力,直线运动为匀速直线运动,圆周运动为匀速圆周运动)、周期性运动中找特殊位置作为分析着手点
(3)隐含条件:洛伦兹力公式中有速度,周期公式中有长度,平衡方程可以做等量代换,最后你发现,这个题,没有一个长度物理量,唯一的已知条件就是电场和磁场的周期值,最后居然算出了速度、长度,这个题机具整体思维。
解答过程:
(1)由题意知粒子带正电,从A点进入的可能时刻是:t=(1+4n)×10πs,n=0,1,2,3,……
(2)由题意知粒子在AB段做匀速直线运动,三力平衡;
BC段二力平衡,洛伦兹力提供向心力,做匀速圆周运动
力学平衡方程
匀速圆周运动
由带线粒子在此畅中的周期公式得
周期
联立以上所有式子解得
解得速度和BC长度
总结:
(1)本题核心考点一在于#37度物理#分析思维,你是否对于带电粒子在叠加场中运动模型足够熟练掌握(匀速直线运动、匀速圆周运动、匀变速直线运动、类平抛运动),基于运动模型去做粒子正负性、速度方向的假设,从而去分析各运动过程中,需满足的受力情况。注意洛伦兹力与速度方向、磁场方向均有关,电场力方向与电场强度有光。
(2)本题核心考点二在于“黄金代换”解题思维,你会发现,用的公式都是那些常用式子,解答出来的核心在于对“m/qB”的组合团代换。
写在最后,祝学物理、爱科学的你前程繁花似锦!
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