从一道题来看运动过程模型在处理复杂问题中的重要作用

2018-12-07 03:08北京张祖志高祥旭

教学考试(高考物理) 2018年5期

北京张祖志高祥旭

理想化的物理模型既是物理学建立的基本思想方法，也是物理学在解决实际问题的重要途径和方法，这种方法的思维过程要求学生在分析实际问题中针对研究对象的条件、物理过程的特征，建立与之相适应的物理模型，通过模型思维进行推理。在解决一些比较复杂的运动过程问题中我们常希望把运动过程构建成匀速直线运动和匀变速直线运动等运动过程模型，但却忽略了一个复杂的运动过程有时候也可以构建成一个直线运动与一个圆周运动的过程模型。

【问题】根据牛顿力学经典理论，只要物体的初始条件和受力情况确定，就可以预知物体此后的运动情况。

(1)如图1 所示，空间存在水平方向的匀强磁场(垂直纸面向里)，磁感应强度大小为B，一质量为m、电荷量为+q的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，经过M点时速度的大小为v，方向水平向左。不计粒子所受重力。求粒子做匀速圆周运动的半径r和周期T。

(2)如图2 所示，空间存在竖直向下的匀强电场和水平的匀强磁场(垂直纸面向里)，电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为+q的带电粒子在电磁场中运动，不计粒子所受重力。

a．若该带电粒子在电磁场中做水平向右的匀速直线运动，求该粒子速度v′的大小；

b．若该粒子在M点由静止释放，其运动将比较复杂。为了研究该粒子的运动，可以应用运动的合成与分解的方法，将它为0 的初速度分解为大小相等的水平向左和水平向右的速度。求粒子沿电场方向运动的最大距离ym和运动过程中的最大速率vm。

图1 图2

【品析】这是一道带电粒子在复合场中运动的综合问题，从力和运动关系入手，运用牛顿第二定律、平衡条件和构建理想化模型等综合考查学生分析问题、解决问题、构建模型和知识迁移的能力。整体来说因为有问题(1)和问题(2)中的a的铺垫，对于学生来说没有太大难度，但如果没有前面的铺垫，那么对于问题(2)中的b，学生往往会因为运动过程中的轨迹是曲线，受到的洛伦兹力大小和方向时刻变化的受力特点，对题目无从下手。现根据题目中的提示给出该题的分析过程，如图3所示。