帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題

王和平

（福建省寧化第六中學(xué)，福建 寧化）

物理學(xué)科作為高中理科學(xué)生的考試科目之一，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力等方面都起到了至關(guān)重要的作用，而帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題具有抽象性強(qiáng)、邏輯思維顯著等特點(diǎn)，使得很多教師在開展該知識點(diǎn)的教學(xué)時(shí)，常常面臨著教師難教、學(xué)生難學(xué)的現(xiàn)狀。因此，如何提高該知識點(diǎn)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，成為廣大高中物理教師共同關(guān)注的問題。此外，很多學(xué)生自己解答與該知識點(diǎn)有關(guān)的題目時(shí)，常常會出現(xiàn)找不到解題思路和解題方法的情況，極大程度上阻礙了學(xué)生物理成績的提高。綜上所述，對本文進(jìn)行深入的分析與研究具有十分重要的意義。

一、帶電粒子在電場中直線運(yùn)動

1.解題注意事項(xiàng)

在教授學(xué)生帶電粒子在電場中加速運(yùn)動的知識點(diǎn)時(shí)，我們應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題：第一，使學(xué)生充分明白W=qU這一計(jì)算公式適用于勻強(qiáng)電場和非勻強(qiáng)電場，而W=qEd這一計(jì)算公式則只適用于勻強(qiáng)電場中，且需明確告知學(xué)生帶電粒子在電場中直線運(yùn)動時(shí)，應(yīng)使用電勢能轉(zhuǎn)化為動能的思路解答題目。第二，當(dāng)帶電粒子從與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場時(shí)，我們需要考慮電場力與帶電粒子運(yùn)動方式是否一致，從而判斷該帶電粒子是在做加速直線運(yùn)動還是減速直線運(yùn)動。第三，在使用功能的觀點(diǎn)分析帶電粒子的運(yùn)動問題時(shí)，我們需要考慮粒子的初速度為零和初速度不為零這兩種情況，當(dāng)初速度為零時(shí)，我們可以使用這一計(jì)算公式解答。而當(dāng)初速度不為零時(shí)，我們則需要使用到這一計(jì)算公式來解答。第四，運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題時(shí)，如果帶電粒子是平行電場線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場的，那么該帶電粒子則是在勻變速直線運(yùn)動，我們則可以根據(jù)電場力算出加速度、末速度、位移以及時(shí)間等值。

2.例題解析

例：如圖1所示，帶點(diǎn)粒子在電場中的加速：在真空中有兩塊平行的金屬板，兩金屬板之間的電壓為U和一個(gè)帶正電荷的粒子q，在電場力的作用下，q由禁止?fàn)顟B(tài)開始從正極板移動至負(fù)極板，求該粒子達(dá)到負(fù)極板的速度。（忽略重力對帶電粒子造成的影響）

在解答此類題目時(shí)，我們需要明確帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做的是加速直線運(yùn)動，電場力此時(shí)所做的功是有用功，所以，我們可以使用動能定理來解決此類題目。

圖1

二、帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題

1.解題注意事項(xiàng)

帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動只會出現(xiàn)在勻強(qiáng)電場中，其運(yùn)動狀態(tài)為：帶電粒子以v0速度垂直進(jìn)入電場方向的兩帶電平行板中，且?guī)щ娖叫邪逅a(chǎn)生的電場為勻強(qiáng)電場，在受到來自于初速度方向成90°角的恒定電場力之后，做勻變速曲線運(yùn)動。我們在對此類帶電量粒子在電場中運(yùn)動的問題進(jìn)行解答時(shí)，需要明確以下幾點(diǎn)：第一，垂直電場方向的帶電粒子的分運(yùn)動都屬于勻速直線運(yùn)動，需要使用到的公式為第二，平行于電場方向的帶電粒子的分運(yùn)動都是以初速度為零的云加速直線運(yùn)動，需要使用到的公式為其中帶電粒子的速度公式為

2.例題解析

例：如圖2所示，一束帶電粒子從電場的垂直方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，是分析在進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場速度相同、功能相同或動量相同的任一條件下，帶電粒子還需要具備什么條件才能確保偏轉(zhuǎn)距離和邊角角度相同。（假設(shè)U、d、L等保持不變，帶電粒子不受重力影響）

圖2

我們在解答此類題目時(shí)，需要明確該題目主要考查的是帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)問題，它的運(yùn)動類型與平拋運(yùn)動相類似，所以，我們只需要推算出偏轉(zhuǎn)距離和偏轉(zhuǎn)角度的表達(dá)公式即可解答此題。解答該題目的關(guān)鍵點(diǎn)在于這束帶電粒子的運(yùn)動方式為先加速運(yùn)動，后偏轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以，它的偏轉(zhuǎn)距離和偏轉(zhuǎn)角度都不會受帶電粒子的質(zhì)量和電量的影響。

從上文所論述的內(nèi)容中我們不難看出，帶電粒子在電場中的運(yùn)動問題具有影響因素多、解題思路靈活以及知識點(diǎn)覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，使得很多學(xué)生在解答該知識點(diǎn)相關(guān)的題目時(shí)，常常出現(xiàn)束手無策的情況，身為高中物理教師的我們，只有在日常的教學(xué)工作中不斷積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，積極完善自身的專業(yè)知識和教學(xué)能力，才能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)當(dāng)前高中物理教學(xué)工作中存在的不足，并采取行之有效的措施加以應(yīng)對，為我國教育事業(yè)的不斷發(fā)展和完善奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。