高中物理教學(xué)帶電粒子電磁場的運動問題

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摘要:物理在高中教學(xué)中的比例非常大，而且是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，尤其是帶電粒子在電磁場中運動這一知識點的學(xué)習(xí)。本文主要是論述這一知識點的主要內(nèi)容進(jìn)行了分析論述，并提出了具體的建議希望可以為高中生提供參考意見。

關(guān)鍵詞:高中物理;帶電粒子;電磁場;運動

通常情況下，電子、質(zhì)子會受到萬有引力的影響，同時也會受到靜電力的影響，但是前者比后者要小得多。帶電粒子進(jìn)入電場之后，運動過程中的電場力是恒定的，而且始終與初速度方向垂直，帶電粒子此時是一個勻變速曲線運動。

1帶電粒子在電場中運動的問題

1．1帶電粒子在電場中運動的知識點

(1)帶電粒子的加速是帶電粒子在

電場中運動的其中一個知識點。比如在一對平行金屬板上面，通過接上電池組使其帶電，然后將這一對平行金屬板放入真空環(huán)境中。假設(shè)在這當(dāng)中存在一個微觀粒子，這一個微觀粒子的質(zhì)量設(shè)為m，所帶的電荷為正電并記為q。那么請問在這一個電場當(dāng)中這一個微觀粒子從靜止的狀態(tài)開始到正極板運動再到負(fù)極板中的時候，這其中這一個微觀粒子到達(dá)負(fù)極板的速度是多少，假設(shè)將這兩板之間的電勢差設(shè)為U。這一個例子中所包含的知識點就是帶電粒子在電場中運動。那么根據(jù)題意可以知道帶電粒子在題目中的環(huán)境里面只會受到電場力的作用，所以可以得出其所做的功是W=qU。然后經(jīng)過動能定理的推導(dǎo)便可以求出帶電粒子的加速度。

(2)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)

這一知識點中存在一個可以忽略重力的帶電微粒，這一微粒進(jìn)入到電場中的時候發(fā)生運動的過程中所帶有的電場力是恒定的。這種運動的運動情景以及這種運動的受力方式都比較的特殊，因此可以將其與平拋運動作類比。帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運動，可能是由靜止釋放的，這時便相似于自由落體運動。

1．2帶電粒子在電場運動中問題的解決方法

針對帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的直線運動問題的解決方法，是帶電粒子做直線運動這一條件出發(fā)，從中發(fā)現(xiàn)可以利用的條件。比如當(dāng)帶電粒子處在一種平衡狀態(tài)之中的時候就可以基本上判斷這一帶電粒子它所收到的合外力等于零。另外當(dāng)一個帶電粒子做的是變速直線運動的時候，那么粒子所收到的合外力一定是不可能為零的，而且粒子的變速運動軌跡始終與初速度的方向保持一致的。解答這一類的題目的時候最重要的是要找到正確的方法，可以采用動力學(xué)觀點進(jìn)行分析，同時結(jié)合牛頓運動定律并借助于運動學(xué)公式解答。

2帶電粒子在磁場中運動問題的學(xué)習(xí)建議

學(xué)生學(xué)習(xí)帶電粒子在磁場中運動這一知識點的時候需要從洛倫茲力知識的應(yīng)用入手。首先要集中于這一知識點的基本概念和定理的記憶，然后理解其中所包含的規(guī)律并學(xué)會靈活運用公式。只有將這些基本的功課做好之后才有可能對解答題目有所幫助。就帶電粒子在磁場中運動這一知識點的具體內(nèi)容來看，存在一部分的學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的時候不擅長從理論的角度推導(dǎo)帶電粒子處在勻強(qiáng)磁場中的運動過程，因此會增加學(xué)習(xí)難度。為了能夠從根本上認(rèn)識到這一問題的嚴(yán)重性需要結(jié)合相關(guān)的實驗進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過對實驗的探究便可以充分理解理論明白公式的具體推導(dǎo)過程，那么在運用公式解答題目的時候便會靈活自如。例如通過操作洛倫茲力實驗來觀察帶電粒子的直線運動，在實驗的過程中要掌握實驗裝置的名稱和作用。學(xué)習(xí)者在實驗中針對電場、勵磁線圈以及勻強(qiáng)磁場這三者的方向問題要把握清楚，當(dāng)這一前提完成之后便可以進(jìn)行觀察電子是否是垂直于磁場的。并且要觀察其是否是以這種狀態(tài)進(jìn)入到勻強(qiáng)磁場當(dāng)中的，而且要觀察磁場中帶電粒子的運動軌跡是否是圓形的。當(dāng)這些基本的過程完成之后就要借助于洛倫茲力的知識來解釋實驗當(dāng)中存在的各種現(xiàn)象。最終便可以找到一個推導(dǎo)出于半徑以及速度有關(guān)的公式，并為之所用。

3帶電粒子在復(fù)合場中的問題的學(xué)習(xí)建議

復(fù)合場中的帶電粒子運動問題同樣屬于本文所探討的內(nèi)容，在復(fù)合場中帶電粒子的運動問題需要通過建模的方式來學(xué)習(xí)。這一知識點的學(xué)習(xí)需要學(xué)生從自身的閱讀能力提高上面著手進(jìn)行，從理解清楚題目中所涉及的物理過程作為突破口。例如帶電粒子如果呈現(xiàn)的是靜止?fàn)顟B(tài)或者是保持勻速直線運動的狀態(tài)的，那么便可以判斷其所受到的合外力與帶電粒子所受到的合外力是零。再比如如果帶電粒子所做的是勻變速運動，那么帶電粒子本身所受到的合外力以及帶電粒子的運動方向之間就是垂直的。另外帶電粒子在復(fù)合場中還可能是保持著非勻變速運動，那么這個時候帶電粒子所收到的合外力就比較的特殊，不再是保持恒定，而是變化的狀態(tài)。為了解決這一個問題;需要借助于功能關(guān)系進(jìn)行處理。

4結(jié)語

學(xué)習(xí)帶電粒子在電磁場中運動這一知識點需要掌握基本定義以及概念和公式，將解答題目的方法建立在這些基礎(chǔ)知識上面，才有可能在練習(xí)解答題目的過程中學(xué)會舉一反三，將知識更好地應(yīng)用到實際生活中。

參考文獻(xiàn):

［1］張偉．淺談高中物理教學(xué)中帶電粒子在電磁場中運動問題的論述［J］．世界教育信息，2015(6)．

作者:陳子謙 單位:湖南省長沙市南雅中學(xué)