1、浅议三种场力及应用叶玲 重力场、电场和磁场是高中物理中三种重要的场。历年高考中相关考题综合性强，多把电磁场的性质、运动学规律、圆周运动、功能关系等有机结合在一起。在学生学习这一部分知识时容易产生困难，笔者在教学中尝试把它们加以对比，既可以加深记忆和理解，又可以巩固力和运动，提高综合解题的能力。一、力1、 重力。重力的大小 G=mg.方向是竖直向下。当一个物体的质量确定了，重力的大小和方向也就确定了。2、 电场力。电场力的大小 F=Eq，方向与 q 的电性有关。若为正电荷，则电场力的方向与场强方向相同；若为负电荷，则电场力的方向与场强方向相反。在匀强电场中，当电量 q 定了，电性确定，则电场力是
2、恒力。3、 安培力。安培力的大小 F=BIL，方向的判断用“左手定则” 。4、 洛伦兹力。洛伦兹力的大小 F=Bqv,方向的判断用 “左手定则”。当 v 的方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之发生变化通常为变力。这三种力中，重力是最简单的，其次是电场力，这两个力通常为恒力，较为复杂的是洛伦兹力，因为它通常是变力。【例 1】 一个质量为 m=0.001 kg、带电荷量为 q=110-3C的带正电小球和一个质量也为 m 不带电的小球相距 L=0.2 m,放在绝缘光滑水平面上,当加上如图 1 所示的匀强电场和匀强磁场后,(E=1103N/C,B=0.5 T)带电小球开始运动与不带电小球相碰,并粘在一
3、起,合为一体,问:(1)两球碰后速度多大; (2)两球碰后到两球离开水平面,还要前进多远。分析和解:带电小球在电场力作用下加速运动,与不带电的小球碰撞两球合为一体,碰撞前小球的速度可以用动能定理求出,电场力做的功等于小球动能的增量;也可以利用牛顿第二定律和运动学公式求出.两球碰撞过程虽然系统受电场力,但比起两球碰撞的作用力小得多,碰撞时间又很短，可认为动量守恒,两球碰撞后速度继续增大,增大到某一数值洛伦兹力与重力平衡,两球离开水平面,应该注意,碰撞后与碰撞前应用动能定理的研究对象不同.（1）两球碰撞前由动能定理EqL= mv12v 1= 33010.2/.Eql msm两球碰撞动量守恒：mv1
4、=2mv2,v2= =10 m/s1V（2）两球离开水平面时,对水平面无压力,即洛伦兹力与重力平衡， qBv3=2mg, 3 30.140/5mgmsqB碰后到两球离开水平面,由动能定理:2mv32 2mv22=Eqs,11s= 22330.1(40)1.5mVEqm评析：解决这类问题与解决力学题目方法类似,不同之处是多了电场力和洛伦兹力,因此,带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。二、能1、 重力做功的特点：重力做功只取决于初末位置的高度差，与路径无关。重力做功对应着重力势能的变化。重力做正功，重
5、力势能减小；重力做负功，重力势能增大。2、 电场力做功的特点：电场力做功只取决于沿电场线方向上的距离，与路径无关。电场力做功对应着电势能的变化。电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大。3、 安培力做功的特点：安培力做功与路径有关，绕闭合回路一周，安培力做的功可以为正，可以为负，也可以为零，而不像重力和电场力做功一定为零。安培力做功对应着电能的变化：“外力”克服安培力做多少功，就有其他形式的能转化为电能；安培力做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。4、 洛伦兹力做功的特点：因为洛伦兹力的方向始终与速度的方向垂直，所以洛伦兹力始终不做功。
6、【例 2】(2005 年江苏卷)如图 2 所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为 L，左端接有阻值为 R 的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为 B 的匀强磁场中，质量为 m 的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度 vo.在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。(1)求初始时刻导体棒受到的安培力；(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为 E。 ，这一过程中安培力所做的功 Wl 和电阻 R 上产生的焦耳热 Ql 分别为多少?(3)导体棒往复运动，最终将静止于何处? 从导体棒开始运
7、动直到最终静止的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q 为多少?分析和解： (1)用右手定则判断导体棒的感应电流方向从 B向 A，用右手定则判断导体棒受的安培力方向向左.感应电动势为E=BLv0，感应电流为 I= ，安培力为 F=BLv0, 所以 F= B2L2 ERv0/R。（2）这一过程中导体棒的动能转化为弹簧的弹性势能和电路的电能( 通过安培力做功)，电路的电能通过电阻 R 转化为焦耳热，所以W1=Q1= mV02 EP（3）只有导体棒的动能为零并且弹簧的弹性势能也为零，导体棒才能静止，所以最终将静止于初始位置.此时，导体棒的动能全部转化为电阻 R 上产生的焦耳热，所以 Q= mV021评析：用能量观点解题的基本思路,就是我们在力学中熟悉的用动能定理的基本方法.即:1.明确研究对象;2. 受力分析;3.确定初末状态及对应的动能;4.分析各力做功情况;5. 写出动能定理表达式;6.找出题中隐含条件,写出有关的辅助方程,解方程并讨论结果.在引入新课时,对于具有相似性的物理概念和规律,先复习巩固旧知识,再类比讲解新内容,就会降低难度,揭示规律。在习题处理时更应该注重相似题型的归纳，相同方法的迁移运用，做到举一反三，融会贯通。
