論述帶電粒子在磁場中的運動問題

周澤立●

湖南省長沙市長郡中學(410000)

論述帶電粒子在磁場中的運動問題

周澤立●

湖南省長沙市長郡中學(410000)

在高中物理學習中，電場和磁場是兩個重要的學習內容，兩者之間有著密切的關系，基于電場和磁場的研究取得了豐碩的成果，這些成果也極大改變了人們的生活方式.因此，對同學們學習而言，要牢固掌握這方面的知識，強化磁場中帶電粒子運動的研究，將洛倫茲力公式應當到實際問題解答中，從而達到既定的學習效果.

帶電粒子；磁場效應；運用問題

高中物理的抽象性和邏輯性較強，我們在學習過程中往往會對高中解題產生疑惑，尤其是磁場和電場問題是最難突破的學習重點，帶電粒子在磁場中運動問題是高考中常見的問題，也是我們學習中需要重點關注的地方，因此我們要靈活使用洛倫茲公式，結合圓周運動的知識學好帶電粒子在磁場中運動的知識.

一、帶電粒子在磁場中的受力特點分析

帶電粒子在磁場中運動負荷洛倫茲運動條件，電荷對于磁場會產生相對運動，電荷的運動速度方向和磁場方向并不平行.根據洛倫茲公式我們可以得出以下結論：當電荷運動方向與磁場方向保持平行狀態時，這是不會產生洛倫茲力，當電荷運動方向與磁場方向產生垂直運動，此時產生的洛倫茲力是最大的，其公式為F=qvB，通常而言，帶電粒子和磁場方向都會一定的夾角，此時洛倫茲公式中要加入角度，相應的洛倫茲公式為F=qvBsinθ，在物理學習中，洛倫茲公式是最常用的解題公式之一，在磁場和電場分析中是最基本的公式.

二、帶電粒子在磁場中運動問題解析

物理知識和數學知識有密切的關系，帶電粒子在磁場中運動要合理運用數學知識，構建粒子運動的物理模型，從而快速建立解題方法，將洛倫茲公式應用到解題中，提高這一知識點的解題效率.

1.帶電粒子在均勻磁場中的運動

帶電粒子在均勻磁場中運動具有很強的規律性，其在磁場中運動問題解析要從以下幾個步驟入手，首先是要確定粒子圓周運動的圓心、確定粒子運動半徑，根據粒子運動半徑來建立運動軌跡方程，對于圓心的確定，我們在實際解析中常用的方法有兩種，一種是確定磁場方向和粒子射出磁場的方向，根據粒子運動方向通過進入點和射出點垂直方向來確定圓弧的中心，這第一點就是粒子運動軌道的圓心，第二種方法是在已知進入方向和射出點的位置，可以通過進入點作進入方向的垂線，連接進入點和射出點，作此線段的中垂線，圓弧軌道的圓心是這兩條垂線的交點，再者是確定運動半徑和運動時間，確定了這三個定量之后，就能夠計算帶電粒子在均勻磁場中的運動狀況.

2.帶電粒子在磁場中運動范圍分析

在高中物理題目中，有一種題目是帶電粒子在磁場中運動范圍分析，電子進入磁場的入射速度很小，這時候電子在磁場中的運動軌跡是一條圓弧，并在同一側的磁場中射出，當電子的運動速度變大時，相應其運動的軌跡軌道半徑就會增大，如果軌道半徑和磁場的邊界線正好相切，此時射入到磁場中的電子不能從另一側射出磁場.帶電粒子運動速度直接決定了其運動軌跡，借助相應的幾何知識就可以對帶電粒子的運動速度進行求解，并得出其在磁場中運動的速度臨界值，對于射出區域，只需要找到磁場的上下臨界值就可以.帶電粒子射入到磁場中會以不同的速度進入磁場，此時圓周運動的半徑和運動速度有直接的關系，隨著運動半徑減小，帶電粒子的運動速度會增大，因此在實際問題的求解時，我們可以采用半徑縮放的方法，找到帶電粒子運動的臨界點軌跡，從而讓找到問題解答的方法.讀語言帶電粒子在磁場中運動范圍型問題，找到臨界軌跡和臨界半徑是求解問題的關鍵所在，利用帶電粒子運動的實際軌道半徑可以確定粒子運動范圍.

3.帶電粒子圓周運動多解問題分析

我們在帶電粒子圓周運動題目解答時要注意多解的問題，通常而言，多解產生的原因主要有三點，第一點是帶電粒子的電性不確定會產生多解，第二種是帶電粒子在不確定磁場方向的運動中產生多解，第三種是臨界狀態不是唯一的也會產生多解.例如在題目中，均勻磁場的第一象限內的磁場感應強度為B，質量為m，電量大小為q的帶電粒子在xoy平面里經原點O射入磁場中，初速度v0與x軸夾角θ=60.當我們在計算帶電粒子何時離開磁場穿越磁場運動偏轉角多大時都應當注意多解的問題.帶電粒子帶負電，進入磁場后做勻速圓周運動，圓心為O1，粒子向x軸偏轉，并從A點離開磁場.若帶電粒子帶正電，進入磁場后做勻速圓周運動，圓心為O2，粒子向y軸偏轉，并從B點離開磁場.粒子速率一定，所以不論粒子帶何種電荷，其運動軌道半徑一定.只要確定粒子的運動軌跡，即可利用上述公式和數學知識求解.

綜上所述，帶電粒子在磁場中運動問題是最為常見的物理問題，因此我們在學習過程中，要掌握粒子運動的基本規律，正確使用洛倫茲公式，將數學公式和物理公式結合在一起分析，認真分析帶電粒子在磁場中的運動軌跡，得出正確的解題思路和方法.

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1008-0333(2016)34-0066-01