高中物理學(xué)習(xí)中電磁場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題

林元

摘 要：物理是一門重實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，將多元化的物理語言藝術(shù)拓展于實(shí)際學(xué)習(xí)中，有利于更深入地了解電磁學(xué)方面的內(nèi)容，全面提高學(xué)習(xí)物理的核心素養(yǎng)。本文就高中物理學(xué)習(xí)中有關(guān)于帶電粒子的物理問題解題思路進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：高中物理;電磁場(chǎng);帶電粒子

一、電磁場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題的解題思路

在應(yīng)對(duì)該方面問題的物理大題時(shí)，需要牢記多理論之間的關(guān)系，結(jié)合基本公式進(jìn)行合理的拓展，深化帶電粒子運(yùn)動(dòng)問題的解題思路。實(shí)際操作中，應(yīng)本著“畫出運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)→找出圓軌跡的方向的圓心→確定該圓的半徑→畫出或作出圓心角”解題思路進(jìn)行拓展，該方法能夠全面的應(yīng)對(duì)各種類題型的軌跡運(yùn)動(dòng)題型[1]。

①需要作出軌跡在場(chǎng)強(qiáng)中所受的全部的力，結(jié)合粒子運(yùn)動(dòng)過程、粒子運(yùn)動(dòng)的周期進(jìn)行思路拓展和理論分析;

②需要使用“左手定則”進(jìn)行圓心的判定，結(jié)合公式、、等基本公式，嚴(yán)格分析各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，最終利用“作垂線”的思路判定圓心的實(shí)際位置;

③需要抓住提要中關(guān)于最大、至少等描述性詞匯，結(jié)合運(yùn)動(dòng)的周期和粒子穿越磁場(chǎng)所用的時(shí)間進(jìn)行分析，結(jié)合軌跡的運(yùn)動(dòng)方向最終確定所涉及的數(shù)學(xué)定律，判斷出半徑的長度。

④在實(shí)踐過程中，需要甄選合理的物理方法，充分發(fā)掘題目內(nèi)容中的隱含條件，得到一個(gè)該類型題目的基本解題思路[2]。總之，需要分析已知條件與公式的關(guān)系，利用隱含條件，促使運(yùn)動(dòng)問題得到解決。

二、優(yōu)化策略分析

（一）基于偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問題

受電場(chǎng)力的作用，可能會(huì)導(dǎo)致帶電粒子的作用速度方向發(fā)生一定偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而發(fā)生產(chǎn)生一定的偏轉(zhuǎn)角。在研究在問題時(shí)，需要結(jié)合力學(xué)和運(yùn)用學(xué)之間的理論對(duì)其偏轉(zhuǎn)角問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，通過受力分析圖解，將該方面的電場(chǎng)問題轉(zhuǎn)化為類平拋運(yùn)動(dòng)問題，最終實(shí)現(xiàn)該問題的優(yōu)化。

例1：有一個(gè)質(zhì)量為m電荷水平的射入極板當(dāng)中，其中粒子的電荷量為q、初速度為v0;且極板之間的距離為d，電壓為U、板長為L。同時(shí)該板平行于電容器，求該粒子射出該極板后的偏轉(zhuǎn)角度和動(dòng)能的增加量。

分析：需要結(jié)合圖1所示的內(nèi)容進(jìn)行受力分析和粒子的方向、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判斷，結(jié)合基本的動(dòng)能定律方可實(shí)現(xiàn)該問題的解決。

解析：如圖所示，可以將該運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，即勻速運(yùn)動(dòng)和勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

聯(lián)立①②可得：那么可以得到在運(yùn)動(dòng)過程中，該粒子的動(dòng)能增加量為：。

通過該題可以發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)角的僅與射入的速度和偏轉(zhuǎn)的垂直速度有關(guān)，與粒子的電荷參數(shù)q、質(zhì)量參數(shù)m是無關(guān)的。此時(shí)，需要使用不同的方法進(jìn)行該理論的推導(dǎo)，結(jié)合“平衡狀態(tài)”進(jìn)行受力分解，從公式的角度進(jìn)行探索，有利于熟悉公式的演變方法。通過合理的公式推導(dǎo)，更清晰的認(rèn)知基本公式的重要性。

（二）基于圓周運(yùn)動(dòng)的問題

勻速圓周運(yùn)動(dòng)也是帶電粒子運(yùn)動(dòng)中常見的問題，對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)問題類型題目，從圓周運(yùn)動(dòng)與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)關(guān)系著手.例如：例2：如圖2所示，E=103V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有一個(gè)光滑的半圓形軌道（絕緣）垂直放置于該勻強(qiáng)電場(chǎng)中，軌道底部與MN相連接，且MN平行于電場(chǎng)線。其中，圓的半徑R=40cm。有一個(gè)正電荷q=10-4C且質(zhì)量為m=40g的滑塊射入軌道。求：要使滑塊運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)L，需保證滑塊在水平軌道上離N點(diǎn)的距離為多少處進(jìn)行釋放？

分析：需要結(jié)合重力與圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)系得到一個(gè)射入的速度，結(jié)合動(dòng)能定理方可實(shí)現(xiàn)該問題的求解。

在該類型題目的解決中，需要結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理論進(jìn)行實(shí)踐問題的探索，對(duì)物體所受的合外力進(jìn)行分析，利用動(dòng)力學(xué)的理論就可以將電磁學(xué)問題轉(zhuǎn)化為單純的能量問題。

參考文獻(xiàn)

[1]譚文惠.在電磁場(chǎng)中的力學(xué)問題探析[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2017（9）.

[2]錢丹丹.帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的解題規(guī)律及方法[J].新課程，2017.