利用圖像巧解帶電粒子在交變電場中的運動

摘 要：利用好圖像，能夠幫助學生在解題時建立物理模型，使復雜問題形象化，簡單化，收到意想不到的效果。本文通過三個典型案例介紹速度圖像在解“帶電粒子在交變電場中的運動”題型中的應用。

關鍵詞：交變電場；速度圖像

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)6(S)-0025-2

帶電粒子在交變電場中的運動分析，涉及電場知識、力學知識等內容，隨著科技的發展及高考試題應用性、實踐性的增強和提高，本部分知識在整個電磁學中的位置愈加顯得重要。由于不同時段受力情況不同，若按常規的分析方法，將會很繁瑣，較好的分析方法是畫出帶電粒子的速度-時間圖像幫助分析。畫圖時，注意速度-時間圖像中，加速度相同的運動一定是平行的直線，圖線與t軸所夾面積表示位移，圖線與t軸交點，表示此時速度反向。

例1 如圖1（甲）所示，相距d=15cm的A、B兩極板是在真空中放置的金屬板，當給它們加上電壓之后，它們之間的電場可視為勻強電場。今在A、B兩板之間加上如圖1（乙）所示的交變電壓，交變電壓的周期是T=1.0×10-6s，t=0時A板的電勢比B板高，且U0=1 080V，一個比荷qm=1.0×108C/kg的帶負電的粒子在t=0時刻從B板附近由靜止開始運動，不計重力。試求：

（1）當粒子的位移為多大時，速度第一次達到最大，最大值是多少？

（2）粒子運動過程中，將與某一極板相碰撞，求粒子碰撞極板時的速度的大小。

解析 帶電粒子在電場中的運動情況比較復雜，可借助于v-t圖像分析運動過程。如圖2所示為一個周期的速度圖像，以后粒子將重復這種運動。

參考文獻：

［1］人民教育出版社物理室. 全日制普通高級中學教科書(必修加選修)物理(第二冊). 北京:人民教育出版社. 2006 6

［2］孫雪冰. 中華大考場. 吉林. 延邊人民出版社. 2007

(欄目編輯黃懋恩)