高三物理復合場包括以下幾種:
1. 電場和磁場組合而成的復合場:包括電場和磁場組合而成的立體空間區域。在電場和磁場中,可能存在各種各樣的形狀和大小,如電渦流、磁感應線等。
2. 重力場、電場和磁場組合而成的復合場:也稱為三重復合場,是一種常見的復合場模型。在三重復合場中,有重力、電場力和磁場力。
此外,還有更復雜的復合場,如重力場、電場、磁場和空氣阻力組合而成的復合場等。這些復合場模型可以作為高中物理學習中的重要課題,通過分析和解決其中的力學問題,可以提高學生的物理思維和解決問題的能力。
題目:一個質量為 m 的帶電粒子,從坐標原點 O 射入一個空間區域,該區域由一個垂直于紙面向外的勻強磁場和沿 x 軸正向的勻強電場組成。磁場分布在兩個半平面內,其邊界與 x 軸相交于點 M(a, 0),虛線 MN 是磁場的邊界。電場中有一平行于 x 軸的擋板 P,位于點 N(b, 0),其中 a > b。已知帶電粒子射入磁場時的速度為 v,不計粒子的重力。
(1)求粒子在電場中的加速電壓;
(2)求粒子從 O 點到 P 點的時間;
(3)若磁場區域中存在一個垂直于紙面向內的勻強電場,粒子從 O 點射入后,經過 P 點時的速度方向恰好與磁場邊界重合,求該勻強電場的寬度。
【分析】
(1)粒子在電場中做類平拋運動,根據動能定理列式求解電壓;
(2)粒子在磁場中做勻速圓周運動,根據洛倫茲力提供向心力列式求解運動周期和軌道半徑,再根據幾何關系求解時間;
(3)粒子在磁場中做勻速圓周運動,根據幾何關系求出圓心角,再根據粒子在電場中的運動時間求出電場的寬度。
【解答】
(1)粒子在電場中加速時,由動能定理得:$qU_{1} = \frac{1}{2}mv^{2}$解得:$U_{1} = \frac{mv^{2}}{q}$
(2)粒子在磁場中做勻速圓周運動時,由洛倫茲力提供向心力得:$qvB = m\frac{v^{2}}{r}$解得:$r = \frac{mv}{qB}$粒子在磁場中運動的周期為:$T = \frac{2\pi r}{v}$粒子從 O 點到 P 點的時間為:$t = \frac{a - b}{v}$
(3)粒子在磁場中做勻速圓周運動的圓心角為:$\theta = \frac{2\pi}{3}$粒子在電場中運動的時間為:$t_{電} = \frac{\theta}{2\pi}T = \frac{T}{6}$粒子在電場中的偏轉距離為:$y = \frac{1}{2}at_{電}^{2} = \frac{mv^{2}}{6qU_{1}}$解得:$y = \frac{mv^{2}}{6qU_{1}}$電場的寬度為:$L = y + r + b$解得:$L = \frac{mv^{2}}{qU_{1}} + \frac{mv}{qB} + b$
【說明】本題考查了帶電粒子在復合場中的運動問題,涉及了電場、磁場和幾何知識,難度中等。解題的關鍵是根據幾何關系求出圓心角和偏轉距離。