物理學(xué)習(xí)中電磁偏轉(zhuǎn)問題探究

汪少晨

【摘 要】 電磁偏轉(zhuǎn)這部分知識是高中階段物理學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)，在高考中也占據(jù)著非常重要的地位，平時(shí)的練習(xí)中我們要注意對其規(guī)律與解題思路的理解與區(qū)分，有助于我們對電磁偏轉(zhuǎn)這部分物理知識的學(xué)習(xí)掌握。本文針對電偏轉(zhuǎn)問題與磁偏轉(zhuǎn)問題展開討論，希望能對廣大高中同學(xué)的物理學(xué)習(xí)帶來一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 物理學(xué)習(xí)；電磁偏轉(zhuǎn)；問題探究

所謂磁偏轉(zhuǎn)是由于帶電粒子受到洛倫茲力的影響，改變了在磁場中的運(yùn)動軌跡；而電偏轉(zhuǎn)則是帶電粒子受到了電場力的影響，致使在電場中的運(yùn)動軌跡發(fā)生了改變。雖然兩者都有運(yùn)動軌跡轉(zhuǎn)變這樣的狀況發(fā)生，但是其性質(zhì)卻并不相同。我們在學(xué)習(xí)過程中，要注意區(qū)分。

一、對電偏轉(zhuǎn)問題的探究

在對高中物理中的電偏轉(zhuǎn)問題進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，所研究的主要對象為粒子的運(yùn)動軌跡與電偏轉(zhuǎn)規(guī)律。想要使帶電粒子在電場中的運(yùn)動軌跡與規(guī)律更加的具象化，我們可以在兩塊平行金屬板間施加一個(gè)固定電壓U，金屬板的長度是l，然后將一個(gè)電荷量q質(zhì)量m的正電荷粒子，以v0速度平行射入金屬板之間，當(dāng)這枚粒子在飛出此電場時(shí)，測出了這枚粒子在金屬板的垂直方向距離發(fā)生了一定偏移，偏移的長度是y，其速度變成v，初始速度與射出時(shí)的速度成夾角，此角就是電偏轉(zhuǎn)中的偏轉(zhuǎn)角。我們通過分析可以得出，粒子在射入電場時(shí)，做的是拋物線的運(yùn)動，根據(jù)對該運(yùn)動方式的分解我們可以了解到，與金屬板平行的運(yùn)動為迅速直線運(yùn)動，而在垂直方向則成勻加速直線運(yùn)動。帶電粒子會于均勻電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在對該問題進(jìn)行探究的過程中，應(yīng)當(dāng)考慮到那些比較重要的物理量，明確其與電偏轉(zhuǎn)的關(guān)系。此外，我們在進(jìn)行電偏轉(zhuǎn)問題的探究過程中，需要用到一些較為重要的物理公式：

例：如下圖所示，帶電粒子P帶的電荷量是帶電粒子Q的三倍，這兩個(gè)帶電粒子以相同的速度V0從同一個(gè)位置出發(fā)，從和電場垂直的方向射入到了均強(qiáng)電場之中，打在了M與N這兩個(gè)點(diǎn)上，假如MO=NM，那么請問P與Q的質(zhì)量比是（ ）

A.3：4 B.4：3 C.3：2 D.2：3

這道題考察的內(nèi)容主要是對于帶電粒子在電場運(yùn)用方面知識的掌握程度。

案例分析：第一點(diǎn)需要考慮帶電粒子在電場中平衡方面的問題：帶電粒子如果在電場中進(jìn)行迅速直線運(yùn)動或者靜止?fàn)顟B(tài)的情況下，那么就可以判斷該帶電粒子在電場中是平衡的。我們假設(shè)均強(qiáng)電場兩處極板之間的電壓是U，兩板之間的距離是d，那么： 有 。第二點(diǎn)需要注意的是帶電粒子在電場中存在的加速問題：帶電粒子在電場加速的過程中，如果不考慮帶電粒子的重力，那么電場力對粒子所做的功和帶電粒子動能的增加量相等。

二、對磁偏轉(zhuǎn)問題的探究

我們在進(jìn)行高中物理的磁偏轉(zhuǎn)知識的學(xué)習(xí)過程中，粒子的運(yùn)動軌跡與磁偏轉(zhuǎn)規(guī)律是其主要研究方向。想要更加具象化的研究帶電粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡與規(guī)律，將一個(gè)帶電粒子以初速度v垂直射入一個(gè)強(qiáng)度B的均勻磁場之中，此粒子的質(zhì)量是m，電荷量是q，并且?guī)е姾桑湓诖艌鲋袝艿铰鍌惼澚Φ挠绊懀撟饔昧Υ偈惯@個(gè)帶電粒子在該勻速磁場中進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動，而且具有一個(gè)進(jìn)行此運(yùn)動的向心力。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的研究我們可以看出，該粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡是圓弧的狀態(tài)。假若此帶電粒子在垂直方向上的偏移距離是y，l是其在水平方向上的位移距離，是該粒子磁偏轉(zhuǎn)的角度值，r使其圓弧軌跡的半徑，T是其形成軌跡圓的時(shí)間周期，并且角速度是ω，帶電粒子完成圓弧軌跡的時(shí)間長為t，根據(jù)探究與總結(jié)我們能夠得出，上述物理量在帶電粒子進(jìn)行磁偏轉(zhuǎn)的過程中，發(fā)生的關(guān)系可以用以下的公式來表示：

在這些公式之中，θ運(yùn)用弧度制來表示，通過這些物理量我們能夠有效的計(jì)算出該帶電粒子在磁場中所具備的動能，可以用這樣的公式進(jìn)行表示：mv=qBr，從而可以計(jì)算出該粒子所具備的動能為： 。

除此之外，還應(yīng)當(dāng)對這些相關(guān)物理量之間的聯(lián)系進(jìn)行探究，并且還和圓的知識概念有關(guān)。因此，想要能夠快速地處理有關(guān)磁偏轉(zhuǎn)的問題，我們還應(yīng)當(dāng)加深對相關(guān)幾何知識與概念的學(xué)習(xí)。我們應(yīng)當(dāng)運(yùn)用有效的解題思路和方法，通過在草稿紙上繪畫的形式來分析磁場中的帶電粒子的運(yùn)行軌跡，并且結(jié)合其具體的運(yùn)動軌跡總結(jié)出所要使用到的物理量，比如在上述式子中用到的軌跡半徑等物理量。我們在繪畫運(yùn)動軌跡的過程中，只知道軌跡中的兩個(gè)點(diǎn)以及其中的一個(gè)點(diǎn)的方向，我們可以先將連接已經(jīng)知道的兩個(gè)點(diǎn)，并且對其做出垂線，從而將它與速度方向的交點(diǎn)有效的找了出來，然后我們可以以這一個(gè)交點(diǎn)為圓心畫出一個(gè)圓，這兩點(diǎn)都處于圓上，這個(gè)圓就是帶電粒子在磁場中運(yùn)行的軌跡。

總而言之，對我們高中生而言，點(diǎn)磁偏轉(zhuǎn)相關(guān)的問題是極其重要的物理內(nèi)容，而且相關(guān)知識點(diǎn)在學(xué)習(xí)的過程中極容易混淆，非常難以掌握。所以，我們必須對點(diǎn)磁偏轉(zhuǎn)的問題進(jìn)行深入地研究與分析，對知識點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，這樣我們就能夠更好地掌握這方面的知識，為我們解決這部分問題奠定有力的基礎(chǔ)。

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